Application of selected methods of Kalman Filtration to estimation of state and model parameters of the flying robot
[ 1 ] Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej, Wydział Elektryczny, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student
[ 1 ] Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej, Wydział Elektryczny, Politechnika Poznańska | [ E ] pensioner
[ 1 ] Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej, Wydział Elektryczny, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
PL Zastosowanie wybranych metod filtracji Kalmana do estymacji stanu i parametrów bezzałogowego robota latającego
english
- Kalman Filter
- state estimation
- mathemathical model
- Filtr Kalmana
- estymacja stanu
- model matematyczny
EN In the dissertation an issue of multirotor UAV state estimation is raised. Various models of multirotor are derived and the control algorithms as well as estimation algorithms are proposed. Among models two can be determined: the classic one - Euler/Tait-Bryan and quaternion-based. The instructions on how the model can be tailored to a given multirotor is provided and additional schemes of control in different coordinate frames are shown. The model identification procedure is presented and, based on Square Root Unscented Kalman Filter, model parameter observer is derived. In the further part of the work a comprehensive theory on state observers is given. The results include classic state and dual estimation schemes. Both schemes are used and prove their effectiveness. All of the presented methods of parameter and state estimation are optimized by heuristic method. In conclusion the errors analysis is shown and the methods are compared. Based on the presented data, general recommendations for observers applications in multirotors are stated. In the work, both aspects i.e. theoretical and experimental are covered. The results prove the thesis statement.
PL W pracy doktorskiej poruszany jest temat estymacji wektora stanu bezzałogowych robotów latających typu wielowirnikowego. Wyprowadzono różne typy modeli oraz algorytmów sterowania i estymacji. Wśród zaproponowanych modeli wyróżnia się dwa: pierwszy związany jest z kątami Eulera/Tait-Bryana oraz drugi, który bazuje na kwaternionach. W pracy opisana jest metoda dopasowania podanych modeli do konkretnego robota wielowirnikowego. Dodatkowo zaprezentowano metody sterowania robotem w układzie lokalnym i globalnym. Przedstawiona jest również procedura identyfikacji parametrycznej podanych modeli, opierająca sie na metodzie Square Root Unscented Kalman Filter. Metoda ta została poddana modyfikacji, prowadzących do zwiększenia jej odporności. W dalszej części pracy przedłożono teorię dotyczącą obserwatorów stanuj. Wyniki pracy są przedstawione dla metod estymacji: klasycznej oraz dualnej. Wszystkie metody estymacji są optymalizowane przy użyciu metody heurystycznej. W wynikach przedstawiona jest analiza błędów i porównanie obserwatorów. Podano również zalecenia dotyczące stosowania obserwatorów wektora stanu i parametrów modelu, mające zastosowanie w robotach latających. Otrzymane rezultaty potwierdzają słuszność tezy pracy.
150
electrical engineering, electronics, computer engineering
automation and robotics
DrOIN 1767
public
Aleksander Nawrat
Gliwice, Polska
17.10.2016
polish
public
Marcin Witczak
Zielona Góra, Polska
25.08.2016
polish
public
dissertation
Poznań, Polska
06.12.2016
Rada Wydziału Elektrycznego Politechniki Poznańskiej
doktor nauk technicznych w dyscyplinie: automatyka i robotyka, w specjalności: automatyka