Robuste Zustandsschätzung zur Navigation und Regelung autonomer und bemannter Multikopter mit verteilten Sensoren

Die Einleitung der Dissertation von Jan Zwiener behandelt die robuste Zustandsschätzung für die Navigation und Regelung von autonomen sowie bemannten Multikoptern. Der Fokus liegt auf der Entwicklung und Anwendung eines neuen Kalman-Filters, dem Simplex Kalman-Filter, das robuste L1-Eigenschaften aufweist. Diese Eigenschaften ermöglichen eine verbesserte Schätzung des Navigationszustands, insbesondere unter Berücksichtigung von Ungleichungen und Bedingungsgleichungen. Die Einleitung hebt die Relevanz der Arbeit hervor, indem sie die Herausforderungen und Möglichkeiten der Multirotor-Fluggeräte in der modernen Luftfahrttechnik skizziert. Die Verwendung von leichtgewichtiger, platzsparender und kostengünstiger Sensorik wird als entscheidend für die Effizienz und Effektivität der Navigation angesehen. Die Einleitung schließt mit der Feststellung, dass die Arbeit sowohl theoretische als auch praktische Beiträge zur Luftfahrttechnik leistet.

In diesem Abschnitt wird die Methodik zur Zustandsschätzung und Regelung von Multikoptern detailliert beschrieben. Der Simplex Kalman-Filter wird als innovativer Ansatz vorgestellt, der die Navigationszustandsschätzung unter der Berücksichtigung von Ungleichungen ermöglicht. Dies führt zu einer Einschränkung des Lösungsraums, was die Effizienz der Schätzung erhöht. Die Anwendung des binären Raumteilungsverfahrens (BSP) wird erläutert, das die Integration komplexer geometrischer Formen in die Schätzung ermöglicht. Die Methodik zeigt, wie durch die Verwendung von dissimilaren Flugsteuerungsrechnern eine redundante Flugregelungsarchitektur geschaffen wird. Diese Architektur ermöglicht eine dezentrale Entscheidungsfindung, was die Flexibilität und Robustheit der Flugregelung erhöht. Die Methodik wird durch relevante Zitate und Beispiele aus der Praxis unterstützt, die die Anwendbarkeit der entwickelten Ansätze verdeutlichen.

Die Ergebnisse der Dissertation zeigen signifikante Fortschritte in der Zustandsschätzung und Regelung von Multikoptern. Die Implementierung des Simplex Kalman-Filters hat sich als effektiv erwiesen, um die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion unter Berücksichtigung von Ungleichungen zu optimieren. Die Diskussion hebt die praktischen Anwendungen der entwickelten Methoden hervor, insbesondere in der Luftfahrttechnik und der Robotik. Die Möglichkeit, beliebig viele und dissimilar Flugsteuerungsrechner zu integrieren, stellt einen bedeutenden Fortschritt dar. Die Arbeit schließt mit der Feststellung, dass die entwickelten Ansätze nicht nur theoretische Relevanz besitzen, sondern auch in realen Anwendungen von Multirotor-Fluggeräten von großem Nutzen sind. Die Ergebnisse bieten wertvolle Einblicke für zukünftige Forschungen und Entwicklungen in der autonomen Navigation.