Michael Buhl

Quasi-static feedback linearization for the translational dynamics of a quadrotor helicopter

This paper presents an exact input-output linearization for the translational dynamics of a quadrotor helicopter. The approach utilizes an attitude parametrization based on quaternions and consists of the following two stages. First an input-output linearization from the z position to the thrust is performed, followed by a second input-output linearization from the xy position to the control torques. This separation leads to a so called quasi-static feedback linearization that omits additional controller states. Since the translational dynamics depend only on the orientation of the thrust vector, the required attitude information can be described by only two degrees of freedom. This enables a model of reduced order for the translational dynamics which is decoupled from the yaw dynamics. The suggested feedback linearization was successfully tested in first experimental indoor flights.

Reduced order controllers for distributed parameter systems: LQG balanced truncation and an adaptive approach

In this paper, two methods are reviewed and compared for designing reduced order controllers for distributed parameter systems. The first involves a reduction method known as LQG balanced truncation followed by MinMax control design and relies on the theory and properties of the distributed parameter system. The second is a neural network based adaptive output feedback synthesis approach, designed for the large scale discretized system and depends upon the relative degree of the regulated outputs. Both methods are applied to a problem concerning control of vibrations in a nonlinear structure with a bounded disturbance.

Exakte Ein-/Ausgangslinearisierung für die translatorische Dynamik eines Quadrocopters

Zusammenfassung Der Beitrag beschreibt eine exakte E/A-Linearisierung für die translatorische Dynamik eines Quadrocopters. Die hierfür relevante Lageinformation reduziert sich auf die Ausrichtung des Schubvektors (bzw. der körperfesten z-Achse), welche mit zwei Freiheitsgraden beschrieben werden kann. Hierzu wird im vorliegenden Beitrag ein spezielles Schubachsenquaternion eingeführt. Die E/A-Linearisierung selbst erfolgt in zwei Stufen. Zunächst wird eine E/A-Linearisierung zwischen der z-Position und dem Schub durchgeführt und anschließend eine E/A-Linearisierung zwischen der xy-Position und den Stellmomenten. Abstract This paper presents an exact input-output linearization for the translational dynamics of a quadrotor helicopter. For this purpose the required attitude information is fully given by the orientation of the thrust vector (coinciding with the body-fixed z-axis), which can be described with only two degrees of freedom. To this end a special quaternion for the thrust axis is introduced in this paper. The input-output linearization then consists of two stages. First an input-output linearization relating z position to thrust is performed and followed by a second input-output linearization relating xy position to the control torques.

Overview of recent control technologies for future power systems

Abstract The increasing integration of renewable power generation in power systems poses new challenges to power system control. In this article, we describe a multi-layer power system control architecture that addresses these challenges and comprises economic planning, supervisory power control, as well as voltage and frequency control as main layers. Several parts of this architecture have already been developed and tested on diverse components including building energy management, micro grid management and wind park control. We provide an overview of these applications and indicate white spots in this control architecture that require further research.

Sättigende weiche strukturvariable Regelung (Saturated Soft Variable-structure Control)

Der Beitrag beschreibt eine weiche strukturvariable Regelung mit dem Ziel, lineare Strecken mit Stellgrößenbegrenzung nahezu zeitoptimal in eine Ruhelage zu überführen. Dazu werden gezielt Reglerverstärkungen verwendet, die in großen Bereichen des Zustandsraums zu einer Sättigung der Stellgröße führen. Dynamik und Robustheit der Regelung können über zwei Parameter in transparenter Weise eingestellt werden; der numerische Aufwand ist vergleichsweise gering. This paper presents a saturated, soft variable-structure controller. The aim of the controller is a nearly time-optimal transfer of linear systems with input saturation into a desired equilibrium point. For this purpose feedback gains are used which lead in large areas of the state-space to a saturated input signal. The dynamic and the robustness of the controller can be tuned transparently by two parameters; the numercial effort is considered as comparatively low.

Lyapunov-Funktionen-basiertes Führungsfilter (Lyapunov Function based Set Point Generator).

Zusammenfassung Der Beitrag beschreibt ein Lyapunov-Funktionen-basiertes Führungsfilter für lineare Strecken mit Stellgrößenbegrenzung. Ziel des Filters ist es, die Abhängigkeit zwischen der zu stabilisierenden Ruhelage und der Größe des mit Lyapunov-Funktionen nachweisbaren Einzugsbereichs zu überwinden. Hierdurch kann erreicht werden, dass für alle Ruhelagen im System der gleiche Einzugsbereich nachgewiesen werden kann. Dieser umfasst die Vereinigungsmenge aller Abschätzungen ohne Führungsfilter.