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Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Localizzazione e tracking a tempo minimo mediante rete di sensori wireless WSN Sartore Filippo.

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1 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Localizzazione e tracking a tempo minimo mediante rete di sensori wireless WSN Sartore Filippo IAM Sassaro Alex IAM Vettori Davide IAM

2 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Introduzione Localizzazione attraverso rete di sensori wireless (WSN) Marcassa A., Maran F., Macon R., Zanella F., Localizzazione e tracking distribuito tramite rete di sensori wireless (WSN), 2007 Tracking per un veicolo (monociclo) mobile su gomma Agnoli A, Controllo di veicoli anolonomi su ruota, /49

3 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Introduzione Identificazione della posizione del veicolo sul piano Filtraggio della posizione acquisita tramite rete wireless e tracking ottimo di traiettorie punto punto 2/49

4 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Obiettivi Localizzazione Architettura del sistema Identificazione del canale di trasmissione e adattamento del software di localizzazione Software per il controllo dei veicoli mobili e-puck Studio e problematiche del software di localizzazione 3/49

5 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Obiettivi Filtraggio e Tracking Filtro di Kalman Esteso (EKF) Fusione EKF + tracking ottimo Software tracking ottimo Risultati simulativi ottenuti 4/49

6 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Architettura del sistema Piattaforma di dimensioni 3.20 x 2.40 m 64 sensori wireless TmoteSky Un sensore mobile Un sensore collegato al PC Uniciclo e-puck PC utente NesC nodi àncora Interfaccia E-Puck Matlab NesC nodo mobile XubunTos Teseo EKF + tracking ottimo 5/49

7 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Architettura del sistema 6/49

8 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Script per linstallazione della rete Facilita linstallazione della rete di sensori 7/49

9 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Architettura del sistema 8/49

10 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Principio di funzionamento START 9/49

11 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Principio di funzionamento 10/49

12 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Interfaccia e-puck Matlab Bluetooth Codice BTcom_default.hex Funzioni Matlab fornite delle-pic write(epic, D, left, right) write(epic, R) 11/49

13 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Sommario Metodo che utilizza lalgoritmo per la localizzazione Prove effettuate per la taratura dei parametri Prove sperimentali e risultati ottenuti 12/49

14 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Algoritmo di localizzazione utilizzo dellinformazione dellRSSI Presenza di molteplici fenomeni di disturbo non modellizzabili Problematiche Problematiche riflessione e rifrazione scattering Diffrazione e interferenza 13/49

15 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Modello del canale trasmissivo in [dBm] Propagazione delle onde radio 14/49 : potenza ricevuta ad una distanza : potenza di riferimento ad una data distanza : fattore di decrescenza : variabile aleatoria log-normale

16 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Distanza ricavata dalla misura della potenza ricevuta: Stima di M.V. della distanza 15/49 : numero di pacchetti utilizzati per calcolare la media pesata

17 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Posizione determinata dalle misure della distanza ricevute Trilaterazione Stima di M.V. della posizione 16/49

18 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Prove iniziali tra 2 soli Tmote 17/49

19 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Prove direttamente sul campo Posizioni delle misurazioni 18/49

20 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Prove direttamente sul campo 19/49

21 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Identificazione dei parametri del modello Stimatore ai Minimi Quadrati stima varianza stimatore 20/49

22 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Identificazione dei parametri del modello 21/49

23 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Creazione della cella LQI bound: sempre superiore a 105. RSS bound: per via sperimentale Nan – Not a number valori della stima non corretti compromesso per presenza di 22/49

24 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Prove sperimentali 23/49

25 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide e-puck fermo Prove sperimentali 24/49

26 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide differenti traiettorie Prove sperimentali 25/49

27 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide differenti velocità Prove sperimentali 26/49

28 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Conclusioni e risultati sulla localizzazione di un veicolo mobile stima della posizione corretta e stabile (σ ~ 0.1 [m]) 27/49 velocità non superiore a 500 passi/secondo Condizioni effettuare traiettorie rettilinee

29 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Tracking ottimo punto-punto per il sistema e-puck 28/49

30 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Controllo delle-puck Software di motion planning funzionante sulla base conoscenza precisa della posizione Informazione di posizione rumorosa: Problema dellorientazione delle_puck Filtraggio delle misure provenienti dal campo Integrazione del motion planning con EKF 29/49

31 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Filtro di Kalman Esteso Controllo di un sistema fortemente non lineare Filtraggio non lineare tempo variante Modello matematico del sistema da controllare Modello di partenza Modello discreto 30/49

32 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Modello continuo delle-puck: Vettore di stato: Vettore degli ingressi: Rumore di modello Rumore di misura 31/49

33 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Costruzione di un controllore discreto esatto Modello discreto del sistema fisico Integrazione diretta delle equazioni nel continuo Discretizzazione di Runge Kutta del 2° ordine 32/49

34 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Problematiche: Impossibile a livello pratico: Problematiche legate alla perdita di pacchetti di informazione: Funzionamento in catena aperta Informazioni verso il campo: ingressi dei motori Protocollo di comunicazione unidirezionale Informazioni dal campo: posizioni rilevate dalla rete WSN 33/49

35 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Extended Kalman Filter: EKF Ripulire le informazioni provenienti dal campo Sistema fortemente non lineare Filtro fortemente non lineare, tempo variante, con ingressi Linearizzazione delle equazioni della dinamica attorno alla miglior stima del vettore di stato disponibile 34/49

36 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Extended Kalman Filter: Risultati Test del filtro su diverse tipologie di traiettoria Traiettorie utilizzate nella pianificazione ottima Ipotesi di traiettorie alternative Ipotesi di diminuzione del tempo di interarrivo delle misure Tratti rettilinei Curve a raggio minimo Curve a raggio non minimo 35/49

37 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Tratto rettilineo 36/49

38 Curve a raggio minimo e tratti rettilinei Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide 37/49

39 Sequenza di curve a raggio minimo Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide 38/49

40 Cerchio di raggio non minimo Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide 39/49

41 Traiettoria a otto di raggio non minimo Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide 40/49

42 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Particolare di curva a raggio minimo con variazione del tempo di interarrivo misure 41/49

43 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Pianificazione ottima di traiettoria punto punto Raggio di curvatura inferiormente limitato Senso di marcia preferenziale Quantizzazione del controllo Rilassamento della precisione dellobiettivo Insieme finito di traiettorie possibili Minore carico computazionale Traiettorie in assetto: I, S, L, R Concatenazione di primitive di movimento (6 casi possibili) Scelta del caso migliore in base al tempo minimo di percorrenza 42/49

44 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Simulazione di tratto breve con esito positivo Senza filtraggio Con EKF 43/49

45 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Simulazione di tratto lungo con esito positivo Senza filtraggioCon EKF 44/49

46 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Simulazione di tratto corto con esito negativo Senza filtraggioCon EKF 45/49

47 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Simulazione di tratto lungo con esito negativo Senza filtraggioCon EKF 46/49

48 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Conclusioni Risultati ottenuti non soddisfacenti: Velocità massima di movimento Tempi di interarrivo delle misure elevati Elevata incertezza nelle misure Sono parametri troppo stringenti Raggio di curvatura inferiormente limitato Senso di marcia preferenziale 47/49

49 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide Sviluppi futuri Migliorare software localizzazione: Rendere bidirezionale il software di localizzazione: Diminuzione del tempo di interarrivi misure dal campo Possibilità di utilizzo dei sensori di bordo Miglioramento dellEKF: Perdita di pacchetti Ritardi aleatori Possibilità di lettura degli encoder 48/49

50 Corso Di Progettazione Di Sistemi Di Controllo a.a. 2007/08 Sartore FilippoSassaro AlexVettori Davide 49/49 Grazie per lattenzione


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