基于时变局部模型的无人驾驶车辆路径跟踪

目前常用于无人驾驶车辆路径跟踪控制的有模型控制方法有两类,一类是基于全局模型的控制方法,另一类是基于局部模型的控制方法。基于全局模型的路径跟踪控制中无人驾驶车辆的纵向速度与全局坐标系中的横向、纵向位移误差之间存在随航向角变化的耦合关系,这种耦合关系使得控制器无法将纵向速度作为控制输入来提高路径跟踪控制的精确性。基于局部模型的路径跟踪控制器通常采用误差模型作为参考模型,这种模型使得控制器在参考路径曲率变化幅度较大时精确性较低。针对前述问题,基于非线性模型预测控制滚动优化的原理,提出一种基于时变局部模型的无人驾驶车辆路径跟踪控制方法,并在低速高附着路面、低速低附着路面和高速低附着路面等工况下进行仿真验证。在仿真结果中,相比于基于全局模型的路径跟踪控制器、基于局部模型的路径跟踪控制器以及Stanley路径跟踪控制器,基于时变局部模型的路径跟踪控制器精确性更高,其位移误差绝对值不超过0.3342 m,航向误差绝对值不超过0.0913 rad。      

基于预瞄距离的地下矿用铰接车路径跟踪预测控制

矿用车辆无人驾驶是实现矿山无人化开采的关键技术, 而路径跟踪控制是无人驾驶系统的核心技术之一.路径跟踪控制系统是多变量、多约束系统, 采用传统方法在多约束条件下存在执行器饱和等问题.针对上述问题, 本文引入模型预测控制方法, 通过考虑车辆的姿态与位置之间的关系, 以跟踪路径的横向偏差最小化和车辆的航向角偏差最小化为目标对预测控制的目标函数进行优化, 以获得车辆速度和铰接角度的最优控制量, 实现对多变量、多约束系统的求解.针对模型预测控制算法不能提前判断道路曲率突变而导致跟踪超调的问题, 提出基于预瞄距离的控制方法, 通过提前判断道路突变信息, 提高车辆路径跟踪精确性和稳定性.使用Matlab/Adams仿真软件进行对比仿真试验, 结果表明: 使用模型预测跟踪控制器能够解决多变量、多约束系统控制问题, 有效防止执行器饱和; 而使用基于预瞄距离的模型预测跟踪控制器能够使车辆的横向位置偏差保持在±0.04 m, 航向角偏差保持在±1.8°范围内, 相较于改进前的控制器, 其横向位置偏差减少了80.9%, 航向角偏差减少了59.1%, 证明改进后的控制器具有更好的横向稳定性和精确性.      

无人驾驶车辆路径跟踪控制研究现状

近年来路径跟踪控制的发展十分迅猛,研究者们发表了大量的研究成果。考虑到在相同或相近工况下的路径跟踪控制存在一些共性的技术问题与解决思路,从低速路径跟踪控制和高速路径跟踪控制两个角度对近年来的研究成果进行了回顾。在关于低速路径跟踪控制的研究工作中,研究者们较为重视前轮转角速度约束等系统约束对路径跟踪精确性的影响。目前减少系统约束影响的方法包括在规划参考路径时将系统约束纳入考虑,采用预瞄控制使控制器提前响应,以及采用线性模型预测控制（LMPC）或非线性模型预测控制（NMPC）等模型预测控制方法作为路径跟踪控制方法等。考虑到NMPC既能减少系统约束的影响,又无需人为设置预瞄距离,且对定位误差等扰动因素具有较强的鲁棒性,加之低速路径跟踪控制对实时性的需求较低,因此可以认为NMPC能够满足低速路径跟踪控制的绝大多数需求。高速路径跟踪控制在受系统约束影响之外,还面临着较高车速带来的行驶稳定性不足问题的挑战,因此常采用能够将动力学层面的复杂系统约束纳入考虑且计算成本较低的LMPC作为路径跟踪控制方法。不过仅采用动力学层面的LMPC控制方法无法完全解决高速路径跟踪控制中路径跟踪精确性和车辆行驶稳定性之间存在耦合的问题,目前常见的解决思路是在路径跟踪控制中加入额外的速度调节或权重分配模块。此外,在高速路径跟踪控制中,地面附着系数等环境参数的影响也较大,因此地面附着系数等环境参数的估算也成为了高速路径跟踪控制领域的重要研究方向。      

基于前馈模型预测控制的类车机器人路径跟踪

在类车机器人路径跟踪控制方法中,模型预测控制（Model predictive control, MPC）在处理系统约束方面具有较大优势,但是现有的非线性模型预测控制（Nonlinear MPC, NMPC）实时性较差,线性模型预测控制（Linear MPC, LMPC）精确性较差,因此亟需提出一种同时具有较高精确性与实时性的类车机器人路径跟踪控制方法.为此,以无预瞄点的LMPC为基础,引入基于逆运动学模型的前馈转向角信息,提出了一种前馈模型预测控制（Feedforward MPC, FMPC）方法,并通过MATLAB和Carsim进行了联合仿真测试. FMPC具有较高的精确性,在所有仿真结果中,位移误差绝对值不超过0.1110 m,航向误差绝对值不超过0.1177 rad.在相同工况下,FMPC与NMPC精确性相当,LMPC、前馈控制和Stanley控制误差发散. FMPC也具有较高的实时性,在每个控制周期内的解算时间不超过4.31 ms.在相同工况下,FMPC与LMPC实时性相当,相比NMPC能将每个控制周期内解算时间的最大值减小80.68%,平均值减小65.14%.此外,FMPC...     

基于非线性模型预测控制的自动泊车路径跟踪

与行驶速度较高的其他无人驾驶工况相比, 自动泊车时参考路径的曲率较大, 因此车辆转向轮转角速度的限制等系统约束条件会严重影响自动泊车路径跟踪控制器的性能. 为了解决这一问题, 提出了基于非线性模型预测控制的自动泊车路径跟踪控制器, 并在MATLAB/Simulink和PreScan联合仿真环境中将该控制器与基于线性时变模型预测控制的控制器进行了对比. 仿真结果表明非线性模型预测控制器可以实现多约束条件下的自动泊车, 泊车完成后车辆航向与车位中线的夹角为0.0189 rad, 车辆后桥中点与车位中线的距离为0.1045 m, 仅为车身宽度的5.56%. 相比线性时变模型预测控制器, 非线性模型预测控制器具有泊车精度更高、安全裕度更大、泊车耗时更少等优势. 在实时性方面, 该控制器也能够满足自动泊车的需求.      

热轧带钢控制冷却过程的样本跟踪策略

前馈控制是热轧带钢控制冷却系统的核心控制功能，而前馈控制的关键在于样本的微跟踪。分析了前馈控制过程中样本微跟踪的原理，提出在前馈控制中由基础自动化级实现带钢头部、尾部微跟踪的方法，阐述了由过程计算机完成样本速度预测以及在后计算自适应时样本速度跟踪“回放”的过程。将样本的跟踪策略用于某热轧带钢厂层流冷却系统的改造，取得了较高的控制精度。     

带有负载观测的异步电动机广义预测控制

提出了一种带有负载观测功能的异步电动机广义预测控制算法,在对系统动态模型分析的基础上建立了调速系统的受控自回归积分滑动平均模型.该控制算法给出了能够使下一次采样时刻的实际转速以最优特性跟踪下一时刻参考转速的广义预测控制律,并采用负载转矩观测器的前馈功能增强速度控制的抗干扰能力.仿真和实验结果表明,通过合理选择控制器参数,具有转矩预测功能的直接转矩控制系统在转速跟踪和抗扰能力方面得到一定提高.      

微机控制电弧炉电极调节自适应系统的研究

针对目前电弧炉电极调节液压伺服系统，建立微机控制的模拟系统，经仿真及实验表明：用微机实行的模型参考自适应系统能较好地跟踪参考模型，而且只须利用被控对象的可观测量，无需增添外部设备。     

冷连轧机自动控制系统的数字模拟与分析

文中介绍了五机架冷连轧机自动控制系统的组成。分别介绍了第一架前馈及反馈控制、第二架前馈厚度控制及张力调节、第五架反馈厚度控制、开卷机张力联调、卷取机张力联调各个部分模拟模型的结构,最后介绍了各部分自动控制系统模拟计算的结果及发现的问题,提出了一些解决方法,可供改进现有系统和设计新系统时作为参考。     

神经网络内模控制及其在电加热炉上的应用

构造了一种ＢＰ网络，作为力学持久机电加热炉的神经网络模型，建立了引入前馈补偿的神经网络内模控制器，实现了无偏跟踪控制。     

Automatic Downstream Water-Level Feedback Control of Branching Canal Networks: Simulation Results

Previous research on canal automation has dealt with the control of single, in-line canals, while canal operators typically have to control an entire network of canals. Because the branches in a network are hydraulically coupled with each other, control of a branching canal network based on separate controllers for each branch may not be the most effective control strategy. A methodology by which existing automatic control systems could be modified to control branching canal networks is provided in a companion paper. This paper presents results of hydraulic simulations of the new methodology to estimate the controllability of a large portion of the branching canal network operated by the Salt River Project (SRP). Two types of controllers were used for this study: (1) linear quadratic regulator (LQR) and (2) model predictive control (MPC). Both controllers used the same underlying process model [integrator-delay (ID) model], and both controllers were capable of feedback and feedforward control. Under feedback control alone, both controllers gave similar performance, but were unable to effectively control the overall system because of the long delay times. When feedforward control was added to the feedback controller, both of these control systems were able to effectively control the branching canal network operated by SRP. For the LQR controller, the volume compensation method for routing known demand change was used as the feedforward controller. For the MPC controller, the ID model was used as the feedforward controller. Slight differences were noted between the performance of the two feedforward controllers.     

120tAGV框架运输车转向系统循迹控制

轨迹跟踪控制是自动导引车辆(Automated Guided Vehicle,AGV)控制系统设计的关键问题之一,建立120tAGV框架运输车的运动学方程,设计反演算法的整车控制律,运用MATLAB软件进行仿真分析,结果表明反演算法应用于120tAGV框架运输车循迹控制方面具有快速性和有效性。     

Operational Requirements for Long-Span Bridges under Strong Wind Events

In the absence of intensive wind tunnel tests, this study provides an effective and accurate approach to estimate the operational driving speed limit on bridges subjected to different road conditions and wind intensities, through a convenient continuous simulation technique (CSP). A fast and vigorous simulation tool, vehicle performance simulation, is developed to effectively model the performance of vehicles traveling on bridges by considering the interactions between wind, vehicles, and the bridge. The CSP, on the other hand, dramatically reduces the data generation time and makes a reliability analysis of vehicles possible. The application of the proposed method on the Confederation Bridge in Canada is presented as a numerical example. The simulation result overrides the general impression that only high-sided vehicles are sensitive to wind attacks, and this work demonstrates that light-weighted vehicles are also likely to suffer from instability problems on bridges under relatively low wind velocity. In addition, different types of vehicle can undergo different instability mechanisms under the same wind condition and these vehicle instability mechanisms vary with wind velocity.     

离散时间多智能体系统的协调最优预见跟踪

在互联拓扑包含一棵有向生成树的条件下,研究了离散时间多智能体系统的协调最优预见跟踪问题.首先利用状态增广技术把协调跟踪问题转化为一个增广系统的全局最优调节问题.然后应用离散时间线性二次型调节理论的相关结果给出了使增广系统的闭环系统渐近稳定的控制器,并由此得到原系统实现跟踪一致性的全局最优预见控制器.仿真结果不仅验证了所设计控制器的有效性,并且表明适当增加预见步长对保证准确跟踪领导者的输出是至关重要的.      

连续时间系统的目标轨迹预见跟踪控制

针对连续系统的有限时间目标轨迹预见跟踪控制问题,给出了基于轨迹协调误差和切换规则的预见跟踪控制方法.该方法首先将轨迹协调误差和位置跟踪误差连同状态变量的微分组成新的系统状态变量,把跟踪问题转化为调节问题,设计了基于协调误差的带有目标值预见的跟踪控制系统.然后针对复杂目标轨迹跨过不同坐标轴的情况,采用切换系统方法,实现了目标轨迹的全程预见跟踪控制.本文同时是子系统为时变系统的切换系统的典型范例.数值仿真说明了该方法的有效性.      

Updating Target Location at the End of an Orienting Saccade Affects the Characteristics of Simple Point-to-Point Movements.

Six results are reported. (a) Reaching accuracy increases when visual capture of the target is allowed (e.g., target on vs. target off at saccade onset). (b) Whatever the visual condition, trajectories diverge only after peak acceleration, suggesting that accuracy is improved through feedback mechanisms. (c) Feedback corrections are smoothly implemented, causing the corrected and uncorrected velocity profiles to exhibit similar shapes. (d) Initial kinematics poorly predict final accuracy whatever the condition, indicating that target capture is not the only critical input for feedback control. (e) Hand and eye final variability are unrelated, suggesting that gaze direction is not a target signal for arm control. (f) Extent errors are corrected without modification of movement straightness; direction errors cause path curvature to increase. Together these data show that movements with straight paths and bell-shaped velocity profiles are not necessarily ballistic. (PsycINFO Database Record (c) 2010 APA, all rights reserved)