Faglig innhold

Kurset gis annet hvert år, neste gang høsten 2025.

Navigasjon, veiledning og styring (GNC) av skip, fly, romfartøy og førerløse fartøy, inkludert AUV-, UAV og USV-systemer. Kurset er delt inn i tre moduler:

1. Veiledningssystemer og baneplanlegging. Bestemmelse av ønsket bane fra fartøyets nåværende posisjon til et definert mål, samt ønskede endringer i hastighet, rotasjon og akselerasjon for å følge banen. Introduksjon til bevegelsesplanlegging basert på beregningsgeometri (CG) og optimalregulering (OC). Analyse av baneegenskaper for relevante robotanvendelser. Konvensjonelle algoritmer for banefølging (Dubins-baner, klotoider, Pythagoras-hodografer, Fermat-spiraler og splines). Avanserte hybride løsninger som kombinerer CG og OC. Baneplanlegging, veiledning og styring i et kaskadesystemperspektiv. En kort oversikt over siktelinjemetoder (LOS) for veiledningsystemer og varianter av disse. Alternative veiledning- og styresystemarkitekturer som kombinerer forsterkende læring med optimalregulering og dyp forsterkende læring. Inkludering av kollisjonsunngåelsesalgoritmer i de nevnte arkitekturene.
2. Navigasjonssystemer. Metoder for bestemmelse av fartøyets posisjon, hastighet og orientering, med vekt på avanserte treghetsnavigasjonssystemer (INS). Matematiske modeller for treghetssensorer, feilkarakteristikker inkluderer støy, bias, skaleringsfaktor, krysskoblingsfeil, vibrasjonsinduserte målefeil, coning og sculling, m.m. Utdata fra treghetssensorer. Tastetidstrategier. Anti-sculling- og anti-coning-algoritmer. Representasjoner av posisjon og orientering. Skrogfaste ligninger og nøyaktige metoder for numerisk implementasjon. INS-støttesensorer og teknikker. Avanserte filtre, observatører og estimatorer for integrerte navigasjonssystemer.
3. Styresystemer. Avanserte styresystemer for bevegelsesstyring med anvendelse på autonome farkoster, marine fartøy og fly. Styring ved hjelp av bevegelig masse og kontrollmoment-gyroskop (CMGs) basert på prinsippet om bevaring av bevegelsesmengde og spinn. Integral og adaptiv forsterkningsbasert super-twisting glidemodusregulering. Suksessiv lukking av reguleringssløyfer (servoteknikk) og LOS-baserte baneveiledningssystemer. Utvidelser til systemer for banefølging. Kompensasjon for drift i LOS baneveiledningssystemer ved bruk av integral LOS (ILOS). Uniforme semiglobale eksponentielle stabile adaptive LOS (ALOS) veiledningslover for 3D-banefølging. Målsporingsmodeller for tilstandsstimering. Kalman-filterdesign for estimering av hastighet (SOG), kursvinkel (COG) og kursrate fra posisjonsmålinger. Utforming av værhanesystemer som utnytter miljøkrefter som vind, bølger og havstrømmer til å regulere fartøyets girvinkel.

Læringsutbytte

KUNNSKAP: Inngående kunnskap om design og analyse av GNC-systemer. Det legges vekt på baneplanlegging, veiledningslover og tilstandsstimatorer for navigasjonssystemer. Dette inkluderer treghetsbaserte navigasjonssystemer og støtteteknikker. GNC-arkitekturer for marine farkoster, luftfartøy og førerløse fartøy. Kunnskap om treghetssensorer og globale navigasjonssystemer.

FERDIGHETER: Kunne modellere, simulere og implementere GNC-systemer for førerløse undervannsfartøy og luftfartøy, skip, fly og satellitter. Forstå hvordan Kalman-filtre og ulineære observatører brukes for å estimere posisjon, hastighet og orientering til bevegelige objekter.

GENERELL KOMPETANSE: Ferdigheter i å anvende denne kunnskapen og kompetansen på nye områder og fullføre avanserte oppgaver og prosjekter. Ferdigheter i å kommunisere omfattende selvstendig arbeid og beherske det tekniske vokabularet for GNCi-systyemer. Evne til å bidra til nyskapende tenkning og innovasjonsprosesser.

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger, studier i grupper og selvstudium. Obligatoriske oppgaver (bestått/ikke bestått).

Obligatoriske aktiviteter

• Veiledningsystemer
• Styresystemer
• Navigasjonssystemer

Anbefalte forkunnskaper

Bakgrunn i ulineære systemer, dynamisk optimalisering, kinematikk, fartøydynamikk og Kalman-filtrering.

Forkunnskapskrav

TTK4135 Optimalisering og regulering og TTK 4190 Navigasjon, veiledning og styring av marine fartøy, fly og droner eller tilsvarende.

Kursmateriell

Forelesningsnotater, konferanse og tidsskriftartikler.