Nichtlineare adaptive Regelung mit neuronalen Netzen im unbemannten Flugversuch

Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur praktischen Anwendung adaptiver nichtlinearer Regler in unbemannten Flugzeugen dar. Dabei wird die erstmalige Flugerprobung eines nichtlinearen adaptiven Reglers in Form der dynamischen Inversion mit Sliding-Mode-Control trainierten neuronalen Netzen auf einem sequentiellen Smartphone-Prozessor betrachtet. Neben dem nichtlinearen Regler kommt ein Kalman Filter und ein Bahnregler zum Einsatz, um ein automatisches Abfliegen einer Flugbahn zu ermöglichen. Das wiederholte Abfliegen der Flugbahn ermöglicht den Vergleich zwischen einer konservativen, nichtlinearen und nichtlinearen adaptiven Regelungstechnik. Um einen Vergleich zwischen dem nichtlinearen Regler mit und ohne adaptive Elemente zu ermöglichen, wird zudem mit dem Reference-Control-Hedging eine Variation des bekannten Pseudo-Control-Hedging vorgestellt. Diese, auf einem Echtzeitbetriebssystem laufenden und mit Autocode-Verfahren programmierten Algorithmen, werden neben deren Verhalten im Flugversuch auch im Hinblick auf Ressourcenverbrauch und Verzögerungen untersucht. Die Verwendung von Autocode-Verfahren erlaubt eine schnelle Implementierung der Algorithmen direkt aus einem digitalen, auf Piktogrammen basierten Schaltplan. Die Vermutung, dass diese Implementierungstechnik die Entwicklungsgeschwindigkeiten im Rahmen von Regler- und Navigations-Prototypenversuchen beschleunigen können, wird durch die Betrachtung der Geschichte der Implementierung bekräftigt. Die Untersuchungen erlauben eine Abschätzung des Potenzials adaptiver Regler- Navigations-Strukturen und der nötigen bzw. verfügbaren Ressourcen moderner Smartphone-Prozessoren. Die Ergebnisse der Flugversuche bestätigen die in der Simulation vorhergesagten Fähigkeiten der adaptiven Strukturen. Gleichzeitig wird mit der Vielzahl an verfügbaren Algorithmen und deren Rekombinationsmöglichkeiten und der direkten Implementierbarkeit aus einem digitalen Schaltplan deutlich: Die Vereinheitlichung der Flugexperimente und der Paradigmenwechsel des Regelungstechnikers vom Programmierer hin zum Designer, kann die Vergleichbarkeit verbessern und bietet die Möglichkeit, das Potenzial der Rekombinationsmöglichkeiten auf einer neuen Implementierungsebene auszuschöpfen.