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Band-Limited Trajectory Planning and Tracking for Certain Dynamically Stabilized Mobile Systems / Pathak, Kaustubh in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 104-111 p. Titre : Band-Limited Trajectory Planning and Tracking for Certain Dynamically Stabilized Mobile Systems Titre original : Planification Limitée par Bande de Trajectoire et Cheminement pour Certains Systèmes Mobiles Dynamiquement Stabilisés Type de document : texte imprimé Auteurs : Pathak, Kaustubh, Auteur ; Agrawal, Sunil K., Auteur Article en page(s) : 104-111 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Trajectoire  Planification  Cheminement  Système  mobile  dynamiquement  stabilisé  Hélicoptère  autonome  Pseudocontrôle  Contrôleur  LInéarisation  Rétroaction  Simulation  Modèle  non-linéaire Index. décimale : 629.8 Résumé : In this paper, a general framework for trajectory planning and tracking is formulated for dynamically stabilized mobile systems, e.g., inverted wheeled pendulums and autonomous helicopters. Within this framework, the system state is divided into slow and fast substates. The fast substate is used as a pseudocontrol for tracking a desired slow substate trajectory. First, an exponential fast substate controller is designed to track a fast substate reference trajectory. This fast substate reference trajectory is, in turn, planned so that the slow substate follows its desired trajectory. To ensure that the fast substate reference trajectory is feasible for the exponential controller, it is designed using band-limited "Sinc" functions whose maximum frequency is less than the inverse of the time constant of the exponential controller. To illustrate the procedure, the dynamic model of an inverted wheeled pendulum is reformulated by a partial feedback linearization such that it is amenable to the separation into slow and fast components. The planning and tracking controller design is explained using simulation results. This technique is shown to be easily embedded inside a modified nonlinear model predictive control framework for the slow subsystem. This framework tries to explicitly take the computational delay into account. The computation time required for this technique is encouraging from a real-world implementation perspective. En cet article, un cadre général pour la planification et le cheminement de trajectoire est formulé pour les systèmes mobiles dynamiquement stabilisés, par exemple, pendules roulés inversés et hélicoptères autonomes. Dans ce cadre, l'état de système est divisé en sous-états lents et rapides. Le sous-état rapide est employé comme pseudocontrol pour dépister une trajectoire lente désirée de sous-état. D'abord, un contrôleur rapide exponentiel de sous-état est conçu pour dépister une trajectoire rapide de référence de sous-état. Cette trajectoire rapide de référence de sous-état est alternativement projetée de sorte que le sous-état lent suive sa trajectoire désirée. Pour s'assurer que la trajectoire rapide de référence de sous-état est faisable pour le contrôleur exponentiel, elle est conçue en utilisant les fonctions d'"Sinc limitées par bande" dont la fréquence maximum est moins que l'inverse de la constante de temps du contrôleur exponentiel. Pour illustrer le procédé, le modèle dynamique d'un pendule roulé inversé est reformulé par une linéarisation partielle de rétroaction tels qu'il est favorable à la séparation dans les composants lents et rapides. La planification et le cheminement de la conception de contrôleur est expliquée en utilisant des résultats de simulation. Cette technique s'avère intérieur facilement inclus par cadre prédictif modèle non-linéaire modifié de commande pour le sous-ensemble lent. Ce cadre essaye de prendre explicitement l'informatique retardent en considération. Le temps de calcul requis pour cette technique encourage d'une vraie perspective d'exécution du monde. En ligne : pathakk1@asme.org, agrawal@me.udel.edu [article] Band-Limited Trajectory Planning and Tracking for Certain Dynamically Stabilized Mobile Systems = Planification Limitée par Bande de Trajectoire et Cheminement pour Certains Systèmes Mobiles Dynamiquement Stabilisés [texte imprimé] / Pathak, Kaustubh, Auteur ; Agrawal, Sunil K., Auteur . - 104-111 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 104-111 p. Mots-clés : Trajectoire  Planification  Cheminement  Système  mobile  dynamiquement  stabilisé  Hélicoptère  autonome  Pseudocontrôle  Contrôleur  LInéarisation  Rétroaction  Simulation  Modèle  non-linéaire Index. décimale : 629.8 Résumé : In this paper, a general framework for trajectory planning and tracking is formulated for dynamically stabilized mobile systems, e.g., inverted wheeled pendulums and autonomous helicopters. Within this framework, the system state is divided into slow and fast substates. The fast substate is used as a pseudocontrol for tracking a desired slow substate trajectory. First, an exponential fast substate controller is designed to track a fast substate reference trajectory. This fast substate reference trajectory is, in turn, planned so that the slow substate follows its desired trajectory. To ensure that the fast substate reference trajectory is feasible for the exponential controller, it is designed using band-limited "Sinc" functions whose maximum frequency is less than the inverse of the time constant of the exponential controller. To illustrate the procedure, the dynamic model of an inverted wheeled pendulum is reformulated by a partial feedback linearization such that it is amenable to the separation into slow and fast components. The planning and tracking controller design is explained using simulation results. This technique is shown to be easily embedded inside a modified nonlinear model predictive control framework for the slow subsystem. This framework tries to explicitly take the computational delay into account. The computation time required for this technique is encouraging from a real-world implementation perspective. En cet article, un cadre général pour la planification et le cheminement de trajectoire est formulé pour les systèmes mobiles dynamiquement stabilisés, par exemple, pendules roulés inversés et hélicoptères autonomes. Dans ce cadre, l'état de système est divisé en sous-états lents et rapides. Le sous-état rapide est employé comme pseudocontrol pour dépister une trajectoire lente désirée de sous-état. D'abord, un contrôleur rapide exponentiel de sous-état est conçu pour dépister une trajectoire rapide de référence de sous-état. Cette trajectoire rapide de référence de sous-état est alternativement projetée de sorte que le sous-état lent suive sa trajectoire désirée. Pour s'assurer que la trajectoire rapide de référence de sous-état est faisable pour le contrôleur exponentiel, elle est conçue en utilisant les fonctions d'"Sinc limitées par bande" dont la fréquence maximum est moins que l'inverse de la constante de temps du contrôleur exponentiel. Pour illustrer le procédé, le modèle dynamique d'un pendule roulé inversé est reformulé par une linéarisation partielle de rétroaction tels qu'il est favorable à la séparation dans les composants lents et rapides. La planification et le cheminement de la conception de contrôleur est expliquée en utilisant des résultats de simulation. Cette technique s'avère intérieur facilement inclus par cadre prédictif modèle non-linéaire modifié de commande pour le sous-ensemble lent. Ce cadre essaye de prendre explicitement l'informatique retardent en considération. Le temps de calcul requis pour cette technique encourage d'une vraie perspective d'exécution du monde. En ligne : pathakk1@asme.org, agrawal@me.udel.edu