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Optimalsteuerung kooperierender Mehrfahrzeugsysteme (Optimal Control of Cooperative Multi-Vehicle Systems)

Reinl, Christian and Glocker, M. and Stryk, Oskar von and Stryk, Oskar von (2009):
Optimalsteuerung kooperierender Mehrfahrzeugsysteme (Optimal Control of Cooperative Multi-Vehicle Systems).
In: at-Automatisierungstechnik, pp. 296-305, 57, (6), DOI: 10.1524/auto.2009.0778,
[Article]

Abstract

Nichtlineare hybride dynamische Systemmodelle kooperativer Optimalsteuerungsprobleme ermöglichen eine enge und formale Kopplung von diskreter und kontinuierlicher Zustandsdynamik, d.h. von dynamischer Rollen-, Aktionszuweisung mit wechselnder physikalischer Fahrdynamik. In den resultierenden gemischt-ganzzahligen Mehrphasen-Optimalsteuerungsproblemen können Beschränkungen an diskrete und kontinuierliche Zustands- und Steuervariablen berücksichtigt werden, z.B. Formations- oder Kommunikationsanforderungen. Zwei numerische Verfahren werden untersucht: ein Dekompositionsansatz mit Branch-and-Bound und direktem Kollokationsverfahren sowie die Approximation durch große, gemischt-ganzzahlige lineare Optimierungsaufgaben. Die Verfahren werden auf exemplarische Problemstellungen angewendet: Die simultane Wegpunktreihenfolge- und Trajektorienoptimierung von Luftfahrzeugen sowie die Optimierung von Rollenverteilung und Trajektorien im Roboterfußball. Nonlinear hybrid dynamical systems for modeling optimal cooperative control enable a tight and formal coupling of discrete and continuous state dynamics, i.e. of dynamic role and task assignment with switching dynamics of motions. In the resulting mixed-integer multi-phase optimal control problems constraints on the discrete and continuous state and control variables can be considered, e.g., formation or communication requirements. Two numerical methods are investigated: a decomposition approach using branch-and- bound and direct collocation methods as well as an approximation by large-scale, mixed-integer linear problems. Both methods are applied to example problems: the optimal simultaneous waypoint sequencing and trajectory planning of a team of aerial vehicles and the optimization of role distribution and trajectories in robot soccer.

Item Type: Article
Erschienen: 2009
Creators: Reinl, Christian and Glocker, M. and Stryk, Oskar von and Stryk, Oskar von
Title: Optimalsteuerung kooperierender Mehrfahrzeugsysteme (Optimal Control of Cooperative Multi-Vehicle Systems)
Language: German
Abstract:

Nichtlineare hybride dynamische Systemmodelle kooperativer Optimalsteuerungsprobleme ermöglichen eine enge und formale Kopplung von diskreter und kontinuierlicher Zustandsdynamik, d.h. von dynamischer Rollen-, Aktionszuweisung mit wechselnder physikalischer Fahrdynamik. In den resultierenden gemischt-ganzzahligen Mehrphasen-Optimalsteuerungsproblemen können Beschränkungen an diskrete und kontinuierliche Zustands- und Steuervariablen berücksichtigt werden, z.B. Formations- oder Kommunikationsanforderungen. Zwei numerische Verfahren werden untersucht: ein Dekompositionsansatz mit Branch-and-Bound und direktem Kollokationsverfahren sowie die Approximation durch große, gemischt-ganzzahlige lineare Optimierungsaufgaben. Die Verfahren werden auf exemplarische Problemstellungen angewendet: Die simultane Wegpunktreihenfolge- und Trajektorienoptimierung von Luftfahrzeugen sowie die Optimierung von Rollenverteilung und Trajektorien im Roboterfußball. Nonlinear hybrid dynamical systems for modeling optimal cooperative control enable a tight and formal coupling of discrete and continuous state dynamics, i.e. of dynamic role and task assignment with switching dynamics of motions. In the resulting mixed-integer multi-phase optimal control problems constraints on the discrete and continuous state and control variables can be considered, e.g., formation or communication requirements. Two numerical methods are investigated: a decomposition approach using branch-and- bound and direct collocation methods as well as an approximation by large-scale, mixed-integer linear problems. Both methods are applied to example problems: the optimal simultaneous waypoint sequencing and trajectory planning of a team of aerial vehicles and the optimization of role distribution and trajectories in robot soccer.

Journal or Publication Title: at-Automatisierungstechnik
Volume: 57
Number: 6
Divisions: 20 Department of Computer Science
20 Department of Computer Science > Simulation, Systems Optimization and Robotics Group
Date Deposited: 20 Jun 2016 23:26
DOI: 10.1524/auto.2009.0778
Identification Number: 2009:ReinlGlockerStryk_AT
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