ASAP-MPC: Um Esquema de Atualização Assíncrona para Planejamento de Movimento Online com Controle Preditivo Não Linear

Este artigo apresenta um esquema de Controle Preditivo Não Linear (NMPC) voltado para o planejamento de movimento de sistemas de movimento mecatrônico, como drones e plataformas móveis. O planejamento de movimento baseado em NMPC geralmente requer tempos de computação baixos para poder fornecer entradas de controle na taxa necessária para a estabilidade do sistema, rejeição de distúrbios e desempenho geral. Embora existam várias maneiras na literatura para reduzir os tempos de solução em NMPC, tais tempos podem não ser baixos o suficiente para permitir implementações em tempo real. Este artigo apresenta o ASAP-MPC, uma abordagem para lidar com tempos de solução variados, às vezes restritamente grandes, com um esquema de atualização assíncrona, sempre permitindo uma convergência completa e execução em tempo real. O algoritmo NMPC é combinado com um controlador de feedback de estado linear que acompanha as trajetórias otimizadas para melhorar a robustez contra possíveis distúrbios e desajustes entre o modelo e a planta. O ASAP-MPC combina perfeitamente trajetórias, resultantes de soluções subsequentes de NMPC, proporcionando uma trajetória geral suave e contínua para o sistema de movimento. A aplicabilidade deste framework em aplicações embarcadas é demonstrada em dois diferentes conjuntos experimentais onde um método de ponta falha: um quadricóptero voando através de um ambiente congestionado em simulação de hardware-in-the-loop e um caminhão-reboque em modelo em escala manobrando em um ambiente de laboratório estruturado.