本文關(guān)鍵詞：基于模型預(yù)測控制的無人駕駛車輛軌跡跟蹤控制算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高效穩(wěn)定的軌跡跟蹤控制系統(tǒng)是無人駕駛車輛實現(xiàn)智能化和實用化的必要條件。本課題研究的對象和問題是：高速行駛的無人駕駛車輛，如何通過前輪主動轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)在冰雪等復(fù)雜路面上的軌跡跟蹤控制。本文以6自由度車輛動力學(xué)模型和魔術(shù)公式輪胎模型為基礎(chǔ)，應(yīng)用模型預(yù)測控制理論，結(jié)合側(cè)偏角軟約束，設(shè)計基于線性時變模型預(yù)測控制算法的軌跡跟蹤控制器，通過前輪主動轉(zhuǎn)向控制車輛，在保證車輛穩(wěn)定性的前提下，，實現(xiàn)軌跡跟蹤。 應(yīng)用魔術(shù)公式輪胎模型描述輪胎特性。基于6自由度車輛動力學(xué)模型和魔術(shù)公式輪胎模型設(shè)計預(yù)測模型，一方面滿足控制算法的實時性要求，另一方面克服高速低附著路面工況下的預(yù)測模型失配的影響。 將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為線性時變系統(tǒng)，推導(dǎo)了線性時變模型預(yù)測控制（LTVMPC）算法公式，將LTV MPC最優(yōu)問題轉(zhuǎn)化為便于計算機求解的標準二次規(guī)劃問題。 結(jié)合約束條件和優(yōu)化目標函數(shù)，建立了前輪主動轉(zhuǎn)向LTV MPC軌跡跟蹤控制器。同時考慮到車輛高速行駛時的穩(wěn)定性需求，提出側(cè)偏角軟約束。避免了車輛在彎道行駛中因前軸側(cè)滑而失去軌跡跟蹤能力或后軸側(cè)滑甩尾而失去穩(wěn)定性。 通過搭建Simulink/Carsim聯(lián)合仿真平臺，完成了雙移線工況下軌跡跟蹤控制算法的仿真驗證與跟蹤性能對比。仿真結(jié)果表明，與預(yù)瞄跟蹤最優(yōu)控制算法和未考慮側(cè)偏角軟約束的前輪主動轉(zhuǎn)向LTV MPC算法比較，考慮側(cè)偏角軟約束的前輪主動轉(zhuǎn)向LTV MPC軌跡跟蹤控制器綜合性能最優(yōu)。該控制器對解決無人駕駛車輛在高速和冰雪等復(fù)雜路面下的軌跡跟蹤控制問題具有獨特的優(yōu)勢，對路面附著條件、車速變化和參考軌跡具有良好的魯棒性和適應(yīng)性。
【關(guān)鍵詞】：無人駕駛車輛 模型預(yù)測控制 動力學(xué)模型 輪胎模型 軌跡跟蹤控制
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U463.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景和意義9-11
• 1.2 無人駕駛車輛軌跡跟蹤控制算法研究概述11-16
• 1.3 本課題研究內(nèi)容16-19
• 第2章 車輛動力學(xué)和輪胎模型19-35
• 2.1 車輛動力學(xué)模型19-24
• 2.2 輪胎模型24-33
• 2.2.1 魔術(shù)公式輪胎模型建立25-29
• 2.2.2 輪胎特性仿真分析29-33
• 2.3 本章總結(jié)33-35
• 第3章 線性時變模型預(yù)測控制問題的轉(zhuǎn)化與求解35-45
• 3.1 非線性模型預(yù)測控制35-36
• 3.2 線性時變模型預(yù)測控制36-38
• 3.3 預(yù)測模型設(shè)計38-41
• 3.4 QP 問題轉(zhuǎn)化41-44
• 3.5 本章總結(jié)44-45
• 第4章 前輪主動轉(zhuǎn)向軌跡跟蹤控制45-85
• 4.0 LTV MPC 控制器設(shè)計45-50
• 4.1 車輛穩(wěn)定性分析50-51
• 4.2 雙移線工況下 AFS 軌跡跟蹤控制51-54
• 4.3 控制器 A 預(yù)瞄跟蹤最優(yōu)控制54-61
• 4.3.1 仿真工況 1：初始車速為 10m/s54-56
• 4.3.2 仿真工況 2：初始車速為 12.15m/s56-58
• 4.3.3 仿真工況 3：初始車速為 12.5m/s58-61
• 4.4 控制器 B 前輪主動轉(zhuǎn)向 LTV MPC 控制器（無側(cè)偏角軟約束）61-71
• 4.4.1 仿真工況 1：初始車速為 12.5m/s61-64
• 4.4.2 仿真工況 2：初始車速為 20m/s64-68
• 4.4.3 仿真工況 3：初始車速為 22.1m/s68-71
• 4.5 控制器 C 前輪主動轉(zhuǎn)向 LTV MPC 控制器（側(cè)偏角軟約束）71-82
• 4.5.1 仿真工況 1：初始車速為 12.5m/s71-75
• 4.5.2 仿真工況 2：初始車速為 20m/s75-78
• 4.5.3 仿真工況 3：初始車速為 22.1m/s78-82
• 4.6 控制器性能對比82-83
• 4.7 本章總結(jié)83-85
• 第5章 總結(jié)與展望85-87
• 5.1 本文的研究成果85-86
• 5.2 本文研究的創(chuàng)新點86
• 5.3 未來研究工作展望86-87
• 參考文獻87-92
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單92-93
• 致謝93

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張海濤,何清華,陳欠根;遙控挖掘機器人軌跡跟蹤的電液比例控制系統(tǒng)[J];液壓與氣動;2004年07期

2 李琳輝;連靜;王蒙蒙;王文波;吳淑梅;;基于滑轉(zhuǎn)補償?shù)脑虑蜍囓壽E跟蹤控制算法[J];電機與控制學(xué)報;2014年01期

3 邱荷珍;王磊;王洪超;;船舶軌跡跟蹤研究綜述[J];實驗室研究與探索;2014年04期

4 林曉梅,茅乃豐,陳靜嫻;帶電粒子軌跡的隨機跟蹤與圖形分析[J];原子能科學(xué)技術(shù);1990年05期

5 陳啟軍,張宏輝,王月娟,陳輝堂;一種簡單的機器人魯棒自適應(yīng)軌跡跟蹤控制算法[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年S1期

6 劉學(xué)明;梁春蘭;王學(xué)東;;兩輪驅(qū)動非完整約束機器人軌跡跟蹤研究[J];制造業(yè)自動化;2013年16期

7 盧紅,萬釗,常建娥;焊接中特定軌跡跟蹤裝置的研制[J];儀表技術(shù)與傳感器;1997年03期

8 牛國臣;黨長河;韓偉;高慶吉;;飛機表面爬行機器人軌跡跟蹤控制方法研究[J];中國民航大學(xué)學(xué)報;2007年02期

9 徐照勝;王葵;李碧春;王道斌;;軌跡跟蹤控制算法在汽車自動駕駛中的應(yīng)用[J];儀表技術(shù);2012年09期

10 李茂山;;軌跡跟蹤管理對車隊的意義和現(xiàn)實應(yīng)用[J];現(xiàn)代營銷(學(xué)苑版);2013年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 陳啟軍;王月娟;;不依賴模型的機器人魯棒自適應(yīng)軌跡跟蹤[A];2003年中國智能自動化會議論文集（上冊）[C];2003年

2 晁紅敏;胡躍明;徐建閩;;基于滑模和后推法的自適應(yīng)軌跡跟蹤[A];第二十屆中國控制會議論文集（上）[C];2001年

3 雷鳴;王月娟;蔣平;;視覺引導(dǎo)的機器人軌跡跟蹤路徑規(guī)劃的一種新方法[A];1994年中國控制會議論文集[C];1994年

4 王仲民;岳宏;劉繼巖;;基于復(fù)合形法機器人軌跡跟蹤模糊控制器優(yōu)化[A];2005年中國智能自動化會議論文集[C];2005年

5 陳鵬程;紀志成;;動力學(xué)層次移動機器人軌跡跟蹤控制仿真研究[A];2007中國控制與決策學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

6 劉進;;影像合成運動鏡頭中的軌跡同步技術(shù)[A];2009中國電影電視技術(shù)學(xué)會影視技術(shù)文集[C];2010年

7 韓光信;;考慮執(zhí)行機構(gòu)動態(tài)的WMR軌跡跟蹤與鎮(zhèn)定統(tǒng)一控制[A];2011年中國智能自動化學(xué)術(shù)會議論文集（第一分冊）[C];2011年

8 廖煜雷;龐永杰;;一類欠驅(qū)動機械系統(tǒng)軌跡跟蹤的滑�？刂品椒╗A];2011年中國智能自動化學(xué)術(shù)會議論文集（第一分冊）[C];2011年

9 馮馳;徐冉;;水下潛器垂直運動軌跡跟蹤研究[A];2010年通信理論與信號處理學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 譚彥敘　王帝;沈陽沈北分局網(wǎng)上“四戰(zhàn)法”見成效[N];人民公安報;2009年

2 鄧海建;公車監(jiān)控軌跡能否公之于眾[N];青島日報;2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王仲民;移動機器人路徑規(guī)劃及軌跡跟蹤問題研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2006年

2 申遠;基于小軌跡關(guān)聯(lián)的多人跟蹤方法研究[D];北京交通大學(xué);2014年

3 MOHAMMED MOHAMMED SALEH ALL-BAIL;[D];武漢理工大學(xué);2011年

4 尹曉紅;自動引導(dǎo)車運動分段控制技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2011年

5 院老虎;六輪非對稱月球車運動控制方法及參數(shù)辨識研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

6 黃海;新型仿人假手及其動態(tài)控制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉峰;三維空間任意目標軌跡跟蹤最優(yōu)預(yù)見控制的研究[D];武漢理工大學(xué);2003年

2 楊書林;深海集礦機軌跡跟蹤算法研究[D];中南大學(xué);2008年

3 劉瑞英;基于小波分析的軌跡跟蹤系統(tǒng)的研究[D];山東科技大學(xué);2006年

4 劉國權(quán);機器人視覺焊縫軌跡跟蹤及深度信息提取[D];南昌大學(xué);2008年

5 閆紅麗;液壓軌跡跟蹤系統(tǒng)對高頻信號響應(yīng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

6 唐飛云;自主導(dǎo)航車軌跡跟蹤控制方法研究[D];大連理工大學(xué);2012年

7 牟鵬程;水面無人船軌跡跟蹤控制方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

8 龔建;軌跡跟蹤魯棒最優(yōu)預(yù)見控制及其實驗研究[D];武漢理工大學(xué);2007年

9 張譯;煤礦救援機器人軌跡跟蹤研究[D];西安科技大學(xué);2011年

10 王茂蘇;智能系統(tǒng)軌跡跟蹤動畫仿真研究[D];中南大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：基于模型預(yù)測控制的無人駕駛車輛軌跡跟蹤控制算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：380592