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PI-WAN : un réseau adaptatif au vent basé sur la physique pour la prédiction de la dynamique des quadrirotors dans des environnements inconnus

Created by
  • Haebom

Auteur

Mengyun Wang, Bo Wang, Yifeng Niu, Chang Wang

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Cet article souligne qu'une modélisation dynamique précise des quadrirotors est essentielle pour un suivi précis des trajectoires dans divers environnements. Les méthodes de modélisation existantes, basées sur les connaissances physiques, présentent des limites importantes dans les environnements inconnus caractérisés par des charges utiles variables, des perturbations éoliennes et des perturbations externes. De plus, les méthodes de modélisation pilotées par les données présentent de faibles performances de généralisation lorsqu'elles traitent des données hors distribution (OoD), ce qui limite leur efficacité dans des scénarios inconnus. Pour résoudre ces problèmes, nous proposons dans cet article un réseau adaptatif au vent basé sur la physique (PI-WAN) pour un apprentissage robuste de la dynamique des quadrirotors en intégrant directement les contraintes physiques au processus d'apprentissage. PI-WAN utilise une architecture de réseau convolutionnel temporel (TCN) qui capture efficacement les dépendances temporelles, et une fonction de perte basée sur la physique qui applique des principes physiques pour améliorer la généralisation et la robustesse du modèle dans des conditions inédites. Les résultats de prédiction en temps réel sont intégrés dans un cadre de contrôle prédictif de modèle (MPC) afin d'améliorer les performances de suivi en boucle fermée. Des simulations complètes et des expériences en vol réel démontrent que la méthode proposée surpasse les méthodes de base en termes de précision de prédiction, de précision de suivi et de robustesse aux environnements inconnus.

Takeaways, Limitations

Takeaways:
En combinant les connaissances physiques et la modélisation basée sur les données, nous améliorons la précision et la robustesse de la modélisation dynamique des quadrirotors.
En tirant parti de l'architecture TCN et de la fonction de perte d'informations physiques, nous obtenons d'excellentes performances de généralisation même dans des environnements inconnus.
Amélioration des performances de suivi en boucle fermée grâce à l'intégration avec le framework MPC.
L’efficacité de la méthode proposée est vérifiée par des simulations et des expériences de vol réelles.
Limitations:
Les performances de la méthode proposée peuvent dépendre de la qualité et de la quantité des données utilisées.
Dans des environnements complexes ou des situations imprévisibles, la précision du modèle peut se détériorer.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer encore les performances de généralisation dans des environnements réels.
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