Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:04:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2015 / Veículo subaquático autônomo (AUV, do inglês autonomous underwater vehicle) é uma classe de dispositivo robótico que se move sob a água, controlado pelo seu próprio sistema embarcado, acionado por um sistema de propulsão adequado e com fonte autônoma de energia. O Sistema de Controle de Missão (SCM) é o elemento do sistema embarcado de um veículo autônomo responsável em coordenar as ações realizadas pelos demais subsistemas, guiando o veículo durante todas as fases da missão, com base em um plano previamente elaborado e no comportamento discreto dos diversos componentes do veículo. Esta tese propõe uma arquitetura para o SCM baseado em dois componentes principais: uma estrutura de controle supervisório e um gerenciador de missão. O primeiro componente é baseado na Teoria de Controle Supervisório (TCS). A TCS é neste caso usada para a modelagem dos vários subsistemas e restrições relacionadas com a realização de missões de AUVs em ambientes não-estruturados, e para a síntese de supervisores responsáveis em garantir que especificações de segurança e operação sejam atendidas para qualquer missão do veículo. O segundo componente é responsável pela execução de um plano de missão, escolhendo a melhor sequência de eventos habilitada pelo controle supervisório segundo um critério de otimização baseado em algoritmos de planejamento e busca. Para validação da arquitetura proposta, o SCM é implementado empregando o ROS (robot operating system) com a estrutura de controle supervisório integrada mediante geração automática de código. O teste do SCM proposto é realizado em um ambiente para simulação do comportamento dinâmico contínuo e dirigido a eventos de todo o sistema embarcado de um AUV. Os resultados demonstram que o SCM proposto é capaz de garantir a realização de missões em ambientes não-estruturados, atendendo a critérios de segurança especificados pelos modelos formais da TCS. Ao mesmo tempo, o SCM permite o replanejamento de missões ao gerar um plano de missão alternativo possibilitando o tratamento de diversas situações não previstas no plano original. Além disso, a arquitetura proposta para o SCM combina ações deliberativas, que envolvem planejamento, com ações reativas sem necessidade de planejamento e com tempos de execuções relativamente pequenos.<br> / Abstract : Autonomous underwater vehicle (AUV) is a class of robotic device that moves beneath the water, it is controlled by its own embedded system, triggered by a suitable propulsion system and with an autonomous source of energy. The Mission Control System (MCS) is the element of the embedded system of an autonomous vehicle responsible for coordinating the actions conducted by several subsystems, driving the vehicle during all phases of the mission based on a previously elaborated plan and on the discrete behavior of the vehicle remaining components. This thesis proposes an MCS architecture based on two main components: a supervisory control structure and a mission manager. The supervisory structure is based on Supervisory Control Theory (SCT) and it is used for modelling the several subsystems and constraints related to the AUV missions in unstructured environments, as well as for the synthesis of supervisores responsible for ensuring that safety and operation specifications are met for any kind of vehicle mission. The second component, the mission manager, is responsabile for carrying out a mission plan, choosing the best sequence of events enabled by the supervisory control according to an optimization criterion based on planning and search algorithms. To validate the proposed architecture, the MCS is implemented using ROS (robot operating system) with the supervisory control models integrated through automatic code generation. The test of the MCS is performed in a simulation environment that emulates the whole AUV continous and event-driven dynamics. The results demonstrate that the proposed MCS is capable of performing missions in unstructured environments, meeting safety criteria specified by the formal models of the CST. In the meantime, the MCS allows the mission replanning by generating an alternative mission enabling the treatment of several situtations unforeseen in the original plan. Moreover, the proposed architecture for the MCS combines deliberative actions, related to planning, with reactive actions without planning and with relatively small execution times.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/158790 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Battistella, Sandro |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Queiroz, Max Hering de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 266 p.| il., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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