ROBUSTE UND EFFIZIENTE ECHTZEIT-FLUGBAHNOPTIMIERUNG
Start: Juli 2021
Forschungsgruppenleitung: Prof. Matthias Gerdts (UniBwM)
Beteiligte Partner:
- UniBwM (Institut für Angewandte Mathematik und Wissenschaftliches Rechnen)
- TUM (Lehrstuhl für Flugsystemdynamik)
Inhalt: Die rasant zunehmende Entwicklung von unbemannten Kleinfluggeräten (UAVs) in Form von Multikoptersystemen und hybriden Kleinflugzeugkonfigurationen ermöglicht eine Vielzahl von neuen Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel in der Logistik, der Urban Air Mobility oder der Überwachung von Bauwerken. Parallel zur Erschließung neuer Anwendungsbereiche steigt auch der Wunsch und der Bedarf zur Automatisierung von Flugfunktionen bis hin zu autonomen Systemen. Hier setzt die Munich Aerospace Forschergruppe an mit dem Ziel, Methoden zur Berechnung von optimalen Flugbahnen in Echtzeit zu entwickeln und im Experiment zu validieren. Die Fähigkeit, Flugbahnen in Echtzeit berechnen zu können, ist eine Voraussetzung für die Autonomie von Flugsystemen. Hierbei müssen Störungen durch Umwelteinflüsse oder Systemfehler sowie Sicherheitsanforderungen berücksichtigt werden, indem robuste Flugbahnen generiert werden. Verbleibende Freiheitsgrade können zur Optimierung der Flugbahnen verwendet werden, zum Beispiel im Hinblick auf Energieeffizienz, Lärmreduktion oder Flugzeit. Methodisch sollen modell-prädiktive Regelungsverfahren in Kombination mit Sensitivitätsupdates und probabilistischen Beschränkungen sowie einer effizienten numerischen Strukturausnutzung innerhalb der Optimierungsmethoden zum Einsatz kommen.
FORMAL VERIFICATION FOR CONTROL OF SAFETY CRITICAL SYSTEMS
Start: Juli 2021
Forschungsgruppenleitung: Prof. Gunther Reißig (UniBwM)
Beteiligte Partner:
- UniBwM (Institut für Steuer- und Regelungstechnik)
- DLR (Institut für Robotik und Mechatronik)
Inhalt: Mit den jüngsten Fortschritten bei Rechen- und Kommunikationsgeräten und Techniken werden völlig autonome Systeme, z.B. autonome Bodenfahrzeuge, Flugzeuge, Roboter usw., aufgrund der vielen Vorteile, die sie bieten, in Zukunft immer präsenter werden. Die größte Herausforderung bei der Entwicklung solcher autonomen Systeme ist die Beherrschung ihrer Komplexität im Entwurfsprozess und bei der Implementierung sowie während des Betriebs. Diese Forschungsgruppe untersucht die Komplexitätsproblematik für autonome Flugsysteme. Unter Verwendung von Techniken zur formalen Verifikation werden wir Werkzeuge und Ansätze entwickeln, die die Zuverlässigkeit und Sicherheit von autonomen Flugsystemen deutlich verbessern. Diese Ergebnisse sollen wiederum auch zur Vereinfachung des Zertifizierungsprozess dieser Systeme beitragen.
INTELLIGENTE REGELUNG VON STARK ÜBERAKTUIERTEN FLUGSYSTEMEN
Start: April 2022
Forschungsgruppenleitung: Dr. Gertjan Looye (DLR)
Beteiligte Partner:
- DLR (Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik)
- TUM (Lehrstuhl für Flugsystemdynamik)
- UniBwM (Institut für Flugsysteme)
Inhalt: Die Munich Aerospace Forschungsgruppe „Intelligente Regelung von Stark Überaktuierten Flugsystemen“ (Intelligent Control of Highly Over-Actuated Flight Systems) hat sich zum Ziel gesetzt, durch die Entwicklung von fortschrittlichen Flugführungs- und -regelungsansätzen (Flight Guidance and Control – G&C) das vollautonome Fliegen maßgeblich voranzutreiben. Die größte Herausforderung dabei ist die intelligente Nutzung einer zunehmenden Anzahl von Aktuatoren, welche z.B. aus hocheffizienten verteilten (elektrischen) Antriebs- oder Steuerflächenarchitekturen resultieren. Um einen sicheren Flugbetrieb auch unter den extremsten Bedingungen und bei schwerwiegenden Fehlern zu ermöglichen, müssen die entwickelten G&C-Strategien in der Lage sein, auftretende Fehler automatisch zu erkennen und das G&C-System entsprechend zu rekonfigurieren. Dies beinhaltet neben einer intelligenten Zuordnung gegebener Aktuatoren auch eine optimale Anpassung der Flugbahn basierend auf der derzeit verfügbaren Flugzeugleistung sowie aktuellen Umwelteinflüssen und Wirtschaftlichkeitsaspekten. Um den Weg für eine breite Anwendung in der Industrie zu ebnen werden außerdem effiziente Methoden zur systematischen Validierung und Verifizierung solcher intelligenten G&C-Algorithmen entwickelt.
CERTIFIABLE AUTONOMY IN UNMANNED AERIAL VEHICLES
Laufzeit: Oktober 2014 – September 2020
Forschungsgruppenleitung: Prof. Gunther Reißig (UniBwM)
Beteiligte Partner:
- UniBwM (Institut für Steuer- und Regelungstechnik)
- TUM (Professur für Hybride Regelungssysteme)
GENERIERUNG VON OPTIMALEN REFERENZFLUGBAHNEN FÜR AUTONOME FLUGSYSTEME UNTER BERÜCKSICHTIGUNG VON KONFIGURATIONSÄNDERUNGEN
Laufzeit: Oktober 2011 – April 2016
Forschungsgruppenleitung: Prof. Matthias Gerdts (UniBwM)
Beteiligte Partner:
- TUM (Lehrstuhl für Flugsystemdynamik)
- UniBwM (Lehrstuhl für Ingenieurmathematik)
- Bauhaus Luftfahrt (Team Visionäre Flugzeugkonzepte)
MISSIONSGETRIEBENE AUSLEGUNG, REGELUNG UND AUSRÜSTUNG
Laufzeit: Januar 2012 – Juni 2017 im Rahmen der Helmholtz-Allianz DLR@Uni
Forschungsgruppenleitung: Dr. Konstantin Kondak (DLR)
Beteiligte Partner:
- DLR (Institut für Robotik und Mechatronik)
- TUM (Lehrstuhl für Flugsystemdynamik, Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme, Lehrstuhl für Hubschraubertechnologie)
- UniBwM (Institut für Flugsysteme)
- Bauhaus Luftfahrt (Team Visionäre Flugzeugkonzepte)