Diseño de un control bifrecuencia en red para seguimiento de trayectorias en un robot de dos ruedas

Abstract

[ES] En la actualidad existe un fuerte nivel de desarrollo dedicado al ámbito de los coches autónomos, los cuales poseen un mayor o menor grado de autonomía en función de la aplicación concreta. Estas aplicaciones poseen un punto común, ya que todas buscan ejecutarse con el mayor ahorro energético y de ancho de banda posible, siendo éste otro de los temas presentes hoy en día.

Basándose en este enfoque, en el proyecto se lleva a cabo el desarrollo y la implementación práctica de un modelo que permita obtener los mejores resultados posibles de seguimiento de trayectorias con el mayor ahorro posible. Los mayores gastos de energía y consumo de red son producidos por el funcionamiento continuo de sensores, envíos de información y cálculos de computación, y la forma más fácil de reducirlo es disminuir la frecuencia con la que se llevan a cabo. De forma inversamente proporcional, la calidad de la respuesta obtenida es mayor cuanto más rápido funcionen todos estos elementos, por lo que el objetivo es buscar una solución de compromiso entre ambas situaciones.

Para lograr un resultado favorable, se lleva a cabo un desarrollo por etapas, en cada una de las cuales se va mejorando la respuesta obtenida y minimizando los diferentes consumos. Las tres primeras se enfocan en el desarrollo de un modelo funcional básico, diseñando entre otros el controlador PI necesario. Las tres últimas en cambio, están enfocadas directamente en los objetivos mencionados, implementando un algoritmo de pure pursuit que permite una ejecución más natural de las trayectorias, un Filtro de Kalman Extendido para reducir los ruidos que afectan al modelo y, por último, convertir el controlador en uno multirate haciendo que funcione de forma lenta fomentando el ahorro, pero obtenga señales de control rápidas asegurando una solución óptima.

[EN] Currently there is a strong level of development dedicated to the field of autonomous cars, these have a greater or lesser degree of autonomy depending on the specific application. These applications have a common point, since all of them seek to run with the greatest possible energy and bandwidth savings, this being another of the issues present today.

Based on this approach, the project carries out the development and practical implementation of a model that allows obtaining the best possible trajectory tracking results with the greatest possible savings. The biggest costs of energy and network consumption are produced by the continuous operation of sensors, information sending and computational calculations, and the easiest way to reduce it is to reduce the frequency with which they are carried out. In an inversely proportional way, the quality of the response obtained is greater the faster all these elements work, so the objective is to find a compromise between both situations.

To achieve a favourable result, a development is carried out in stages, in each of which the response obtained is improved and the different consumptions are minimized. The first three focus on the development of a basic functional model, designing, among others, the necessary PI controller. The last three, on the other hand, are focused directly on the objectives, implementing a pure pursuit algorithm that allows a more natural execution of the trajectories, an Extended Kalman Filter to reduce the noise that affects the model and, finally, convert the controller into one multirate so that it works slowly promoting savings, but get control signals that work fast ensuring optimum performance.