Präzise Rendezvous-Steuerung hochheterogener Luft- und Bodenfahrzeugsysteme
Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurde die Landung automatisierter Starrflügelfluggeräte auf einem ebenfalls automatisierten Bodenfahrzeugen untersucht. Der Fokus lag dabei auf dem Umgang mit Ausfällen von Teilsystemen, z.B. einzelner Sensoren, Aktoren oder der Funkkommunikation sowie auf dem Umgang mit Wind und Böen, welche die Landepräzision beeinträchtigen. Des Weiteren wurde ein Schwerpunkt auf eine Demonstration der Umsetzbarkeit eines solchen Landesystems gelegt. In Vorarbeiten sowie in weiteren Forschungsvorhaben, welche sich mit der Landung auf bewegten Bodenplattformen befassen, wird eine starre Rollenverteilung der einzelnen Systeme genutzt. Dabei ist es meist die Aufgabe des Bodensystems die longitudinale Richtung zu synchronisieren, während die Synchronisation in lateraler Richtung über das Luftfahrzeug umgesetzt wird. In anderen Projekten übernimmt das Bodensystem die gesamte Synchronisationsaufgabe, während das Luftfahrzeug sich lediglich in einer definierten Umgebung zur Sollbahn befinden muss. Im Rahmen dieses Projektes konnte die starre Aufgabenverteilung aufgebrochen werden. So ist auch eine weitere Robustifizierung gegenüber Ausfällen oder Störungen von Komponenten möglich. Ein zentraler modellprädiktiver Bahnoptimierer berechnet abhängig vom Zustand beider Teilsysteme jeweils Trajektorien für beide Teilsysteme unter Berücksichtigung von Rechenzykluszeitgrenzen und parametrierbaren Randbedingungen. Die Anwendung der modellprädiktiven Bahnoptimierung anhand flachheitsbasierter dynamischer Modelle beider Teilsysteme stellt eine Weiterentwickelung dar. Ein weiterer Fokus des Projektes lag darin, die Landepräzision auch unter schwierigen Wetterverhältnissen mit böigem Wind erreichen zu können. Zur Minimierung des Störeinflusses wurden verschiedene Ansätze betrachtet, wie die Nutzung von Informationen über den aktuellen und den in den nächsten Sekunden zu erwartenden Wind in der Regelung des Luftfahrzeugs eingesetzt werden können. Es konnte gezeigt werden, dass ein modellprädiktiver Ansatz zur Störungsunterdrückung vielversprechend ist. Informationen über den Wind wurden stromauf, am Ende der Landezone ermittelt. Um diese Informationen für die Regelung zur Störungsunterdrückung nutzbar zu machen, ist es nötig, aus den Messdaten in hinreichend kurzer Zeit auf die Windbedingungen an der aktuellen Position des Luftfahrzeugs zu schließen. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Modelle zur Ausbreitung von Böen betrachtet. Dabei wurden ausgewählte Modelle zur Böenausbreitung bspw. aus Windparks auf die für die Landung relevanten Distanzen und Zeitskalen angepasst und anhand von hochfrequenten Messdaten validiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Model Predictive Trajectory Tracking for a Ground Vehicle in a Heterogeneous Rendezvous with a Fixed-Wing Aircraft. IFAC-PapersOnLine, 53(2), 15693-15698.
Hebisch, Christoph & Abel, Dirk
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"Rendezvous-Regelung zum automatisierten Landen eines Flächenflugzeugs auf einem bewegten Bodenfahrzeug,” in Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2020
S. Jackisch, F. Knaak, N. Siepenkötter, C. Hebisch, D. Abel, and D. Moormann
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Flatness-Based Model Predictive Trajectory Planning for Cooperative Landing on Ground Vehicles. 2021 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV) (2021, 7, 11), 1031-1036. American Geophysical Union (AGU).
Hebisch, Christoph; Jackisch, Sven; Moormann, Dieter & Abel, Dirk
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Camera-Based Pose Estimation for Fixed-Wing UAVs During Cooperative Landing Maneuvers. ION GNSS+, The International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (2022, 10, 20), 2822-2834. American Geophysical Union (AGU).
Hebisch, Christoph; Jackisch, Sven; Moormann, Dieter & Abel, Dirk
