Ein Beitrag zur Steuerung von mobilen Systemen auf Grundlage der Bioorientierten Adaptiven Autonomie

Zusammenfassung: Die Forschung im Bereich mobiler Systeme hat in den letzten Jahren ständig an Bedeutung gewonnen. Als Ziel steht häufig das Erlangen von Autonomie im Vordergrund. Unterschiedliche Vorstellungen von „Autonomie“ erschweren dabei eine notwendige interdisziplinäre Zusammenarbeit von Spezialisten unterschiedlicher Fachrichtungen. Die vorliegende Dissertation schlägt mit der Bioorientierten Adaptiven Autonomie ein neuartiges Autonomie-Konzept vor. Indem Autonomie als variabler Zustand in einem Spektrum zwischen vollautonom und teleoperiert betrachtet wird, lassen sich alle vorhandenen Vorstellungen von Autonomie einordnen. Auch beschreibt das Konzept die Möglichkeit, den Autonomiegrad von Systemen durch einen Softwareadapter ständig den aktuellen Gegebenheiten anzupassen. Damit kann ein autonomes System auf Daten oder Rechenkapazitäten von außerhalb zugreifen. Auch kann ein Mensch in die Missionsausführung autonomer Systeme eingebunden werden, da die juristische Verantwortung immer bei einem Menschen liegen muss. Es wird herausgearbeitet, dass nicht das Erlangen eines möglichst hohen Autonomiegrades das Ziel sein sollte, sondern eines optimal angepassten. Besonders effizient ist das neuartige Autonomiekonzept bei der Realisierung von Teams aus unbemannten Systemen. Hier stehen die Zielstellungen ‚Autonomie’ und ‚Kooperation’ im klaren Widerspruch zueinander. Durch das Senken der einzelnen Autonomiegrade kann auf verschiedene Weisen Teamverhalten erzeugt werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden unterschiedliche Umsetzungen von Teams aus mobilen Systemen beschrieben. Es werden verschiedene wissenschaftliche Methoden angewandt und verglichen. Als neuartig wird ein hybrider Ansatz mit analytischen, regel- und zustandsbasierten Umsetzungen angegeben und mit stochastikorientierten Verfahren sowie einem aus der Literatur entnommenen analytischen Ansatz verglichen. Ein wertender Vergleich der unterschiedlichen Realisierungsmöglichkeiten wird besonders im Hinblick auf praxistaugliche Anwendungen vorgenommen. Die vorgestellten Aussagen werden durch verschiedene Simulationen veranschaulicht, welche auch zur Verdeutlichung des Vergleichs der unterschiedlichen Teamstrategien herangezogen werden. Als Ausblick wird auf verschiedene Anwendungsmöglichkeiten hingewiesen, bei welchen gegenwärtig unter Mitarbeit des Autors das beschriebene Autonomiekonzept in die Praxis übertragen wird

Selective hydrogenolysis of biomass-derived xylitol to glycols: reaction network and kinetics

The conversion of bio-based xylitol to ethylene glycol (EG) and propylene glycol (PG) was studied to replace the petrochemical production route and achieve a sustainable process. The reaction network for aqueous-phase catalytic hydrogenolysis of xylitol over a supported Pt catalyst with Ca(OH) 2 as promotor was identified and the reaction kinetics was determined. The effects of reaction conditions such as educt concentration, H2 pressure, and temperature were investigated. With the developed kinetic model, the composition of the product mixture regarding the desired products (EG, PG) and by-products can be described. The maximum EG yield was achieved at high pressure and low temperature, while high pressure and temperature favored PG production

Control concept for the simulation of a nonholonomic mobile robot with two steerable axes using MATLAB®

In this paper we discuss a control concept for a mobile robot. We demonstrate the robot type ASTro which is currently under development. This small- size robot has two steerable axes and will be used as a testbed system. We show the modelling for this type of robot and the realization with MATLAB®. The simulation shall enable the user to select a certain position within the mission area to command the robot to move to this point. The robot uses an event- driven, graph- based control scheme to determine whether the target is within the range it can reach directly or whether it is necessary to include an extra turn. The area borders are considered which may force the robot to perform a double bend to reach the target

Kalman Filter based team navigation for multiple unmanned marine vehicles

In applications employing Multiple Unmanned Marine Vehicles (MUMVs), the navigation has a very great importance to guarantee formation preservation and collision avoidance. While single vehicles usually base their navigation on absolute measurements (GPS, inertial navigation) to determine their position relative to the world, it may be reasonable to perform a relative navigation within vehicle teams. In this paper, we propose relative team navigation based on Kalman Filters to enable a velocity controller to establish a close formation under the typical marine constraints (narrow band width communication with low reliability). We will simulate a team of three marine vehicles and compare the results of different strategies for team navigation