Hochschule Konstanz University of Applied Sciences
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Feature-Based MPPI Control with Applications to Maritime Systems
Get PDFIn this paper, a novel feature-based sampling strategy for nonlinear Model Predictive Path Integral (MPPI) control is presented. Using the MPPI approach, the optimal feedback control is calculated by solving a stochastic optimal control (OCP) problem online by evaluating the weighted inference of sampled stochastic trajectories. While the MPPI algorithm can be excellently parallelized, the closed-loop performance strongly depends on the information quality of the sampled trajectories. To draw samples, a proposal density is used. The solver’s and thus, the controller’s performance is of high quality if the sampled trajectories drawn from this proposal density are located in low-cost regions of state-space. In classical MPPI control, the explored state-space is strongly constrained by assumptions that refer to the control value’s covariance matrix, which are necessary for transforming the stochastic Hamilton–Jacobi–Bellman (HJB) equation into a linear second-order partial differential equation. To achieve excellent performance even with discontinuous cost functions, in this novel approach, knowledge-based features are introduced to constitute the proposal density and thus the low-cost region of state-space for exploration. This paper addresses the question of how the performance of the MPPI algorithm can be improved using a feature-based mixture of base densities. Furthermore, the developed algorithm is applied to an autonomous vessel that follows a track and concurrently avoids collisions using an emergency braking feature. Therefore, the presented feature-based MPPI algorithm is applied and analyzed in both simulation and full-scale experiments
Reliability Assessment of an Unscented Kalman Filter by Using Ellipsoidal Enclosure Techniques
No full textThe Unscented Kalman Filter (UKF) is widely used for the state, disturbance, and parameter estimation of nonlinear dynamic systems, for which both process and measurement uncertainties are represented in a probabilistic form. Although the UKF can often be shown to be more reliable for nonlinear processes than the linearization-based Extended Kalman Filter (EKF) due to the enhanced approximation capabilities of its underlying probability distribution, it is not a priori obvious whether its strategy for selecting sigma points is sufficiently accurate to handle nonlinearities in the system dynamics and output equations. Such inaccuracies may arise for sufficiently strong nonlinearities in combination with large state, disturbance, and parameter covariances. Then, computationally more demanding approaches such as particle filters or the representation of (multi-modal) probability densities with the help of (Gaussian) mixture representations are possible ways to resolve this issue. To detect cases in a systematic manner that are not reliably handled by a standard EKF or UKF, this paper proposes the computation of outer bounds for state domains that are compatible with a certain percentage of confidence under the assumption of normally distributed states with the help of a set-based ellipsoidal calculus. The practical applicability of this approach is demonstrated for the estimation of state variables and parameters for the nonlinear dynamics of an unmanned surface vessel (USV)
Targetless Lidar-camera registration using patch-wise mutual information
No full textTargetless Lidar-camera registration is a repeating task in many computer vision and robotics applications and requires computing the extrinsic pose of a point cloud with respect to a camera or vice-versa. Existing methods based on learning or optimization lack either generalization capabilities or accuracy. Here, we propose a combination of pre-training and optimization using a neural network-based mutual information estimation technique (MINE [1]). This construction allows back-propagating the gradient to the calibration parameters and enables stochastic gradient descent. To ensure orthogonality constraints with respect to the rotation matrix we incorporate Lie-group techniques. Furthermore, instead of optimizing on entire images, we operate on local patches that are extracted from the temporally synchronized projected Lidar points and camera frames. Our experiments show that this technique not only improves over existing techniques in terms of accuracy, but also shows considerable generalization capabilities towards new Lidar-camera configurations
Konventionelle Bauweise vs. Vorfertigung von Fertigbadzellen
Get PDFDie vorliegende Arbeit soll durch einen möglichst gesamtheitlichen Vergleich von Fertigbadzellen und der konventionellen Ausführung von Bädern als eine Entscheidungshilfe für zukünftige Projekte dienen. Durch den immer stärker werdenden Fachkräftemangel sind Unternehmen auf Methoden angewiesen, welche diesem Mangel entgegenwirken. Eine Möglichkeit bietet die Verwendung von Fertigbadmodulen, welche noch viele weitere Vorteile sowohl für den Nutzer als auch den Generalunternehmer darstellt. Ziel der Arbeit ist es, neben der Ermittlung der Mindeststückzahl für eine sinnvolle Anwendung, eines Kosten- und Bauzeitenvergleichs auch einen Ausblick auf einen vermehrten Einsatz von Fertigbädern im Wohnungsbau zu geben. Im Rahmen der Arbeit wurden Experteninterviews geführt, um die gesammelten Erfahrungen auf den Baustellen sowie die Informationen aus Internet- und Literaturrecherchen mit aktuellen und aussagekräftigen Informationen zu stärken. Zuletzt fasst ein Leitfaden alle wichtigen Aspekte zusammen, die berücksichtigt werden sollten, wenn es um die Frage geht, ob der Einsatz von Fertigbädern sinnvoll ist. Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehört die Tatsache, dass beim betrachteten Beispielprojekt eine deutliche Kosteneinsparung durch eine Verkürzung der Gesamtbauzeit sowie durch einen reduzierten Koordinationsaufwand ermittelt werden konnte. Weiterhin zeigen die Erkenntnisse aus den Interviews eine zukünftig verstärkte Orientierung in Richtung des Wohnungsbaus. Dies zeigt sich in den Anwendungszahlen sowie durch Maßnahmen zur stärkeren Etablierung im Wohnungsbau. Zusammenfassend kann die Anwendung von Fertigbadzellen besonders bei Projekten mit hoher Wiederholungsrate empfohlen werden, jedoch sollte auch hier in Zukunft der Wohnungsbau unter Berücksichtigung bestimmter Prämissen nicht vernachlässigt werden.The present work is intended to serve as a decision-making aid for future projects by comparing prefabricated bathroom cells and conventional execution of bathrooms as holistically as possible. Due to the increasing shortage of skilled employees, companies are dependent on methods that can counteract this trend. One possibility is the use of prefabricated bathroom modules, which offers many advantages for the user as well as the general contractor. Apart from the determination of the minimum number of units for a reasonable application the thesis also contains a cost- and construction time comparison. Furthermore, there will be a perspective on the increased use of prefabricated bathrooms in residential construction. As part of the thesis, expert interviews were conducted to reinforce the experience gained on construction sites as well as information from the research with current and significant information. Lastly, a guideline summarizes all the important aspects that should be taken into account when considering whether the use of prefabricated bathrooms makes sense. This is intended to assist the reader in deciding whether to use prefabricated bathrooms is economically feasible. Among the most important findings is the fact that in the considered example project, significant cost savings were identified through a reduction in the overall construction time as well as reduced coordination efforts. Furthermore, insights from the interviews show an increased orientation towards residential construction. This is reflected in the implementation figures as well as by measures for a stronger establishment in residential construction. In conclusion, the implementation of prefabricated bathroom cells can be recommended especially for projects with a high repetition rate. However, residential construction should not be neglected in the future either, taking certain premises into account
Mit Beidhändigkeit Zukunft gestalten
No full textDie Automobilindustrie steht wirtschaftlich aktuell besser da, als von manchem erwartet. Sie steht aber gleichzeitig großen Herausforderungen gegenüber, denn wir erleben die Überlagerung dreier Transformationen, deren Auswirkungen sich wohl in keinem Markt so gravierend niederschlagen wie in diesem. Um hierbei die Rolle als Leitmarkt zu erhalten, braucht es mehr Veränderungsintelligenz und eine noch höhere Innovationsdynamik. Diese sind mit beidhändigen Organisationen zu erreichen, die die Ambidextrie beherrschen, gleichzeitig das Kerngeschäft zu optimieren und mit strategischer Innovation Zukunft zu erfinden
Estimation of stress perception using mobile devices and emotional stability in students while driving in a simulator
No full textThe purpose of this paper is to examine the effects of perceived stress on traffic and road safety. One of the leading causes of stress among drivers is the feeling of having a lack of control during the driving process. Stress can result in more traffic accidents, an increase in driver errors, and an increase in traffic violations. To study this phenomenon, the Stress Perceived Questionnaire (PSQ) was used to evaluate the perceived stress while driving in a simulation. The study was conducted with participants from Germany, and they were grouped into different categories based on their emotional stability. Each participant was monitored using wearable devices that measured their instantaneous heart rate (HR). The preference for wearable devices was due to their non-intrusive and portable nature. The results of this study provide an overview of how stress can affect traffic and road safety, which can be used for future research or to implement strategies to reduce road accidents and promote traffic safety
Interkulturelle (China-)Kompetenzen I
No full textDer Artikel stellt den methodisch-didaktischen Ansatz get_connected zur Förderung der Zusammenarbeit in kulturell gemischten Teams vor. Mit diesem Ansatz reagiert die HTWG Konstanz auf die langjährige Erfahrung, dass sich trotz grundsätzlich optimaler struktureller Bedingungen für interkulturelles Lernen – mit regelmäßiger Teilnahme chinesischer Studierender im
Fachstudium an der deutschen Hochschule – beiderseitige Vorurteile über »die anderen« nicht automatisch auflösen, sondern sich sogar verstärken können. In der konkreten Zusammenarbeit zeigt sich, dass das eigene Handeln oftmals hinter dem für sich selbst formulierten Anspruch an kulturell adäquates Verhalten zurückbleibt. Mit Methoden des erfahrungsbasierten interkulturellen Lernens
und insbesondere durch die von den Lehrenden als Coachinnen bzw. Coaches begleitete Arbeit mit Emotionen in kulturell gemischten (deutsch-chinesischen) Gruppen werden die Studierenden darin unterstützt, als Vorbereitung auf eine zukünftige Tätigkeit in international vernetzten Teams ihr
Kommunikationsverhalten zu reflektieren, den Perspektivenwechsel sowie neue emotionale bzw. kommunikative Strategien einzuüben und damit ihre interkulturelle Handlungskompetenz – auch im deutsch-chinesischen Dialog – zu verbessern. Der Beitrag stellt den im Rahmen von designbased research über mehrere Semester hinweg (weiter-)entwickelten Ansatz get_connected und
seine Umsetzung in einem Kursformat zum Erwerb interkultureller (China-)Kompetenz für Studierende aller Fachrichtungen vor. Die konkreten Erfahrungen bei der (Online-)Durchführung des Kurskonzepts im Sommersemester 2021 an der HTWG Konstanz unter Einbeziehung chinesischer (und internationaler) Studierender der Partnerhochschule Beijing Institute of Technology werden
im Folgekapitel (Beitrag von Thelen, Bai und Obendiek) dargestellt
Cell-wise encoding and decoding for TLC flash memories
No full textAutomotive computing applications like AI databases, ADAS, and advanced infotainment systems have a huge need for persistent memory. This trend requires NAND flash memories designed for extreme automotive environments. However, the error probability of NAND flash memories has increased in recent years due to higher memory density and production tolerances. Hence, strong error correction coding is needed to meet automotive storage requirements. Many errors can be corrected by soft decoding algorithms. However, soft decoding is very resource-intensive and should be avoided when possible. NAND flash memories are organized in pages, and the error correction codes are usually encoded page-wise to reduce the latency of random reads. This page-wise encoding does not reach the maximum achievable capacity. Reading soft information increases the channel capacity but at the cost of higher latency and power consumption. In this work, we consider cell-wise encoding, which also increases the capacity compared to page-wise encoding. We analyze the cell-wise processing of data in triple-level cell (TLC) NAND flash and show the performance gain when using Low-Density Parity-Check (LDPC) codes. In addition, we investigate a coding approach with page-wise encoding and cell-wise reading
Finnischer Tangotanztourismus als verkörperter Raum in einer „Kultur der Schweigsamkeit“
No full textIn diesem Beitrag wird der finnische Tangotanztourismus
unter Berücksichtigung des Konzeptes des verkörperten Raumes (Low 2003) und des Raumverständnisses von Lefebvre (1991) auf den vielschichtig miteinander verbundenen Ebenen von Körper, Kultur und Raum analysiert. Die finnische „Kultur der Schweigsamkeit“ wird in diesem Zusammenhang im Besonderen
betrachtet. Methodisch werden hierbei sowohl Interviews mit Expertinnen und Experten, teilnehmende Beobachtung als auch die Auswertung von Filmmaterial herangezogen. Im Ergebnis zeigen sich vielfältige Wechselwirkungen von Körper, Kultur und Raum, die zusätzlich Potenziale für den finnischen Tangotanztourismus
aufzeigen
