Data and Hybrid Models of Dynamical Systems

Bc. Matěj ŠMÍD

Master's thesis

Abstract:

This thesis presents a hybrid approach for modeling and of dynamics by combining first principles modeling and data-driven modeling. An unique property of the RGP is exploited, namely that it is able to fit the dynamics online, without the need for a training run, to fit time-varying aerodynamics. We propose a method RGPMPC, which uses the hybrid model in a MPC controller, while changing the data-driven component of the hybrid model to account for model discrepancies. We demonstrate our method on a model of a quadrotor in simulation, using the Gazebo simulator. The RGPMPC is able to track the desired trajectory and adapt to the changing drag forces present. This simulation experiment provides a proof of concept that the RGPMPC method is able to improve the performance of the MPC controller in the presence of unknown discrepancies in the model.

Abstract:

Tato práce prezentuje hybridní přístup k modelování dynamiky pomocí kombinace modelování prvních principů a modelování založeného na datech. Využita je unikátní vlastnost RGP, a to že je schopen přizpůsobit svojí dynamiku online, bez nutnosti předsběru dat během trénování, na časově proměnné aerodynamické síly. Navrhujeme metodu RGPMPC, která používá hybridní model v MPC regulátoru, přičemž mění datově založenou složku hybridního modelu tak, aby zohledňovala rozdíly mezi mod- elem a reálným systémem. Metoda je demonstrována na modelu quadrotoru v simulaci, pomocí simulátoru Gazebo. RGPMPC je schopen sledovat požadovanou trajektorii a přizpůsobit se měnícím se aerodynamickým silám. Tento simulační experiment posky- tuje důkaz, že metoda RGPMPC je schopna zlepšit výkon MPC regulátoru v přítom- nosti neznámých rozdílů mezi modelem a reálným systémem.

Keywords

Model Predictive Control, Gaussovské procesy, rekurzivní Gausovské procesy, dron, hybridní model, modelování vedené daty, modelování z prvních principů, Gazebo, simulace, adaptivní řízení, online učení, časově proměnné systémy

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 5. 2023

Zverejniť od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Doc. Ing. Jindřich Duník, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Master programme / odbor:
Applied Sciences and Computer Engineering / Cybernetics and Control Engineering