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000820967 001__ 820967 000820967 005__ 20230411161545.0 000820967 0247_ $$2HBZ$$aHT021080990 000820967 0247_ $$2Laufende Nummer$$a40608 000820967 0247_ $$2datacite_doi$$a10.18154/RWTH-2021-05955 000820967 037__ $$aRWTH-2021-05955 000820967 041__ $$aGerman 000820967 082__ $$a620 000820967 1001_ $$0P:(DE-82)IDM00466$$aEngelhardt, Thomas$$b0$$urwth 000820967 245__ $$aAutomatisierung eines Kamera-Quadrokopters zur Objektverfolgung$$cvorgelegt von Thomas Engelhardt$$honline 000820967 246_3 $$aAutomation of a camera quadrocopter for object tracking$$yEnglish 000820967 260__ $$aAachen$$bRWTH Aachen University$$c2021 000820967 300__ $$a1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme 000820967 3367_ $$02$$2EndNote$$aThesis 000820967 3367_ $$0PUB:(DE-HGF)11$$2PUB:(DE-HGF)$$aDissertation / PhD Thesis$$bphd$$mphd 000820967 3367_ $$2BibTeX$$aPHDTHESIS 000820967 3367_ $$2DRIVER$$adoctoralThesis 000820967 3367_ $$2DataCite$$aOutput Types/Dissertation 000820967 3367_ $$2ORCID$$aDISSERTATION 000820967 500__ $$aVeröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 000820967 502__ $$aDissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021$$bDissertation$$cRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen$$d2021$$gFak04$$o2021-05-07 000820967 5203_ $$aMit beeindruckenden Videoaufnahmen aus der Luft lassen sich in Film-, Fernseh- und Marketingproduktionen besondere filmische Akzente setzen. Solche Videosequenzen werden häufig mit Kamera-Quadrokoptern erstellt. Die Steuerung eines Quadrokopters per Fernsteuerung erfordert allerdings viel Erfahrung und Geschick, insbesondere wenn dynamische Aufnahmen von bewegten Motiven gedreht werden sollen. Es ist daher attraktiv, die Aufgaben des Piloten zu automatisieren und den Kamera-Operator durch Assistenzfunktionen bei der Kameraführung zu unterstützen. Gegenstand dieser Arbeit ist daher die Automatisierung eines Kamera-Quadrokopters zur Verfolgung von bewegten Objekten für Filmzwecke. Um die nichtlineare Dynamik des Quadrokopters ausnutzen zu können, wurde eine flachheitsbasierte Regelung entwickelt. Diese berücksichtigt Störungen durch Wind, die von einem Störgrößen-Beobachter geschätzt werden. Neben dem Beweis der Flachheit wurde in der Arbeit die quasi-statische Zustandsrückführung hergeleitet, die die Systemdynamik eingangs-/zustandslinearisiert, und eine kaskadierte Trajektorienregelung entworfen. Für die unterschiedlichen Assistenzfunktionen wurden mehrere Methoden zur Trajektoriengenerierung implementiert. Als Sensorfusion zur Schätzung des Systemzustandes wurde ein Erweitertes Kalman-Filter ausgelegt, das als Sensorik eine IMU und einen GNSS-RTK-Empfänger nutzt. Zur Vorbereitung auf die Nutzung des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo wurde im Testgebiet automotiveGATE ein experimenteller GPS- und Galileo-Empfänger auf dem Quadrokopter getestet. Zur Erprobung der entwickelten Automatisierung wurde ein Quadrokopter-Prototyp aufgebaut. Außerdem wurde ein Handbediengerät mit Touchscreen und Joystick realisiert, das dem Operator erlaubt, das System zu kommandieren. In Flugversuchen wurde u. a. demonstriert, wie der Quadrokopter ein Zielobjekt automatisch verfolgt und seine Kamera eigenständig so ausrichtet, dass das Zielobjekt mittig im Kamerabild zu sehen ist.$$lger 000820967 520__ $$aStunning aerial videos can be used in movie, television, and marketing productions as special cinematic means. Such video footage is often created by camera quadrocopters. Controlling a quadrocopter by a radio controller however requires profound experience and skills, especially if dynamic video sequences of moving motifs are to be shot. It is therefore desirable to automate the pilot's tasks and to support the camera operator in camera guidance by assistance functions. Thus, the topic of this thesis is the automation of a camera quadrocopter for tracking of moving objects for cinematic purposes. A flatness-based controller was developed to leverage the nonlinear dynamics of the quadrocopter. This controller also takes into account the disturbances by wind, which are estimated by a disturbance observer. Besides the proof of flatness, the quasi-static state feedback, which linearizes the input-state system dynamics, was derived and a cascaded trajectory controller was designed in this thesis. Several trajectory generation methods were implemented for the different assistance functions. As sensor fusion for system state estimation, an Extended Kalman-Filter was applied, which uses an IMU and a GNSS-RTK-receiver as sensor inputs. To prepare for the usage of the European navigation satellite system Galileo, an experimental GPS- and Galileo-receiver was tested on the quadrocopter in the test facility automotiveGATE. A quadrocopter prototype was built to test the developed automation. Furthermore, a handheld device with touchscreen and joystick was realized, which allows the operator to command the system. It was demonstrated in flight tests, how the quadrocopter e. g. automatically follows a target object and rotates its camera in such way that the target object appears centered in the camera image.$$leng 000820967 588__ $$aDataset connected to Lobid/HBZ 000820967 591__ $$aGermany 000820967 653_7 $$aAutomatisierung 000820967 653_7 $$aFlachheit 000820967 653_7 $$aMultikopter 000820967 653_7 $$aSensorfusion 000820967 653_7 $$aTrajektorienregelung 000820967 653_7 $$aautomation 000820967 653_7 $$aflachheitsbasierte Regelung 000820967 653_7 $$aflatness 000820967 653_7 $$aflatness-based control 000820967 653_7 $$amulticopter 000820967 653_7 $$asensor fusion 000820967 653_7 $$atrajectory control 000820967 7001_ $$0P:(DE-82)IDM03056$$aAbel, Dirk$$b1$$eThesis advisor$$urwth 000820967 7001_ $$0P:(DE-82)IDM04280$$aMoormann, Dieter$$b2$$eThesis advisor$$urwth 000820967 8564_ $$uhttps://publications.rwth-aachen.de/record/820967/files/820967.pdf$$yOpenAccess 000820967 8564_ $$uhttps://publications.rwth-aachen.de/record/820967/files/820967_source.zip$$yRestricted 000820967 909CO $$ooai:publications.rwth-aachen.de:820967$$popenaire$$popen_access$$pVDB$$pdriver$$pdnbdelivery 000820967 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM00466$$aRWTH Aachen$$b0$$kRWTH 000820967 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM03056$$aRWTH Aachen$$b1$$kRWTH 000820967 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM04280$$aRWTH Aachen$$b2$$kRWTH 000820967 9141_ $$y2021 000820967 915__ $$0StatID:(DE-HGF)0510$$2StatID$$aOpenAccess 000820967 9201_ $$0I:(DE-82)416610_20140620$$k416610$$lLehrstuhl und Institut für Regelungstechnik$$x0 000820967 961__ $$c2021-10-06T15:29:54.823715$$x2021-06-22T14:57:56.926387$$z2021-10-06T15:29:54.823715 000820967 9801_ $$aFullTexts 000820967 980__ $$aI:(DE-82)416610_20140620 000820967 980__ $$aUNRESTRICTED 000820967 980__ $$aVDB 000820967 980__ $$aphd