A Library on the Robot Operating System (ROS) for Model Predictive Control implementation

Model Predictive Control is a receding horizon control technique that is based on making predictions in the future for a determined number of steps, using a model of the system to be controlled. This thesis report is centered around Model Predictive Control (MPC) and its application. In this thesis, there are two main goals: firstly, is the development of a software structure that uses the properties of Object Oriented Programming (OOP) and the Robot Operative System (ROS) to ease the use of MPC applications. Secondly, the use and verification of the capabilities of MPC controllers in plants with fast dynamics, such as the quadrotor. A linearized model of the quadrotor is developed for the controller to perform the predictions, and the non-linear version is used to make a numerical simulator to test the application. The MPC software structure works as it successfully integrates information from the classes that represent the model and optimization method to solve the quadratic problem. The resulting MPC controller shows a good response when following simple trajectories in the presence of simulated noise. However, when more complex trajectories are used, a considerable offset from the reference is obtained. Such behavior mostly caused by the use of a very limited model, which demonstrates the considerable sensibility of the controller to the accuracy of the used model.Model Predictive Control är en vikande horisont styrteknik som är baserad på att göra förutsägelser i framtiden för ett bestämt antal steg, med användning av en modell av systemet som skall styras. Denna avhandling rapport är centrerad kring Model Predictive Control (MPC) och dess tillämpning. I denna avhandling, finns det två huvudsakliga mål: för det första, är utvecklingen av en programvara struktur som använder egenskaper objektorienterad programmering (OOP) och Robot Operativ System (ROS) för att underlätta användningen av MPC-program. För det andra, användning och kontroll av funktionerna i MPC regulatorer i system med snabba dynamik, såsom quadrotor. En linjär modell av quadrotor är utvecklad för styrenheten att utföra de förutsägelser, och den icke-linjära versionen används för att göra en numerisk simulator för att testa programmet. MPC mjukvara struktur fungerar som det framgångsrikt integrerar information från de klasser som representerar modellen och optimering metod för att lösa andragrads problemet. MPC regulatorn visar en god respons när man följer enkla banor i närvaro av simulerad brus. Emellertid, när mer komplexa banor används, en avsevärd förskjutning från referens erhålles. Ett sådant beteende oftast orsakas av användningen av en mycket begränsad modell, vilket visar på betydande känslighet styrenheten för riktigheten av den använda modellen