CONTROLLO DI FORMAZIONE PER ASVs BASATO SU CONTROLLO NELLO SPAZIO NULLO CON EVITAMENTO DEGLI OSTACOLI

L'obiettivo dello studio è la progettazione di un sistema di controllo di alto livello per veicoli di superficie autonomi (ASV) con configurazione a catamarano, con un focus specifico sulle applicazioni per il monitoraggio dell’inquinamento delle acque. Il cuore dell’approccio si basa sull’architettura di controllo comportamentale basata sullo spazio nullo (Null-Space-Based, NSB), che consente la gestione simultanea di più compiti in conflitto, organizzati secondo una struttura gerarchica, proiettando gli obiettivi a priorità inferiore nello spazio nullo di quelli a priorità superiore. Questa struttura è gestita da una macchina a stati finiti (Finite State Machine, FSM) che attiva o disattiva dinamicamente i compiti in base alle condizioni ambientali e ai requisiti della missione. La strategia di controllo integra una legge di inseguimento della traiettoria denominata Surge-Guided Line-of-Sight (SGLOS), modificata e integrata nel framework NSB, consentendo un tracciamento robusto della traiettoria in presenza di disturbi ambientali come vento e correnti. Viene implementato un osservatore non lineare a stati estesi per stimare stati non misurabili e disturbi aggregati, migliorando la robustezza e l’accuratezza del sistema. I risultati delle simulazioni, condotte in ambiente MATLAB/Simulink, dimostrano l’efficacia dell’architettura di controllo proposta. Il sistema è in grado di seguire il percorso in modo fluido, evitare efficacemente gli ostacoli e mantenere una formazione stabile anche in presenza di disturbi. I risultati evidenziano l’importanza della sintonizzazione dei guadagni per la gestione dei conflitti tra i compiti e per garantire un funzionamento sicuro ed efficiente. Lo studio conclude che l’approccio NSB rappresenta una soluzione flessibile e robusta per il controllo multi-obiettivo degli ASV.

The aim of this to design a high-level control of Autonomous Surface Vessels (ASVs) with a catamaran configuration, focusing on applications in water pollution monitoring. The core of the approach relies on Null-Space-Based (NSB) behavioral control framework, which enables the simultaneous fulfillment of multiple, conflicting tasks based on a hierar- chical structure by projecting lower-priority objectives into the null space of higher-priority ones. This structure is managed by a Finite State Machine (FSM) that dynamically ac- tivates or deactivates tasks based on environmental conditions and mission requirements. The control strategy integrates a modified Surge-Guided Line-of-Sight (SGLOS) path- following law with the NSB framework, allowing robust trajectory tracking in the presence of environmental disturbances like wind and currents. A nonlinear extended state observer is implemented to estimate unmeasured states and lumped disturbances, enhancing the system’s robustness and accuracy. Simulation results, performed in a MATLAB/Simulink environment, demonstrate the ef- fectiveness of the proposed control architecture. The system achieves smooth path fol- lowing, effective obstacle avoidance, and stable formation maintenance, even under distur- bances. The results highlight the importance of gain tuning for managing task conflicts and ensuring safe, efficient operation. The study concludes that the NSB approach provides a flexible and robust solution for multi-objective ASVs control.