智能车辆横向动力学建模与轨迹预测跟踪控制

发布时间：2022-10-19 10:43

　　本文以华晨V3智能车开发平台为基础,基于模型预测控制方法对智能驾驶车辆的轨迹跟踪控制问题进行了研究。在车辆运动学及动力学建模基础上,基于模型预测控制方法（MPC）进行了带有约束的优化控制器设计,并针对该方法提出了基于显示模型预测控制（EMPC）思想的显示计算算法,提升控制器在线计算速度;基于车辆动力学仿真软件Carsim与MATLAB/Simulink平台开展了联合仿真实验,验证了控制算法的可行性;并利用华晨V3实车试验平台进行实车实验,进一步验证了控制算法在实际车辆系统下的可行性。首先,本文选择模型预测控制（MPC）作为本研究的控制方法,综合考虑了车辆横向控制中车辆转向机构物理极限等硬性约束条件。在合理简化的基础上进行车辆运动学与动力学建模,以模型为基础,提出了实现轨迹跟踪控制的优化问题。其次,将上述带约束的优化问题转化为二次规划问题,并利用Yalmip工具箱进行求解,在Carsim/Simulink联合仿真平台上验证了不同速度等参数下控制器的轨迹跟踪性能,证明了模型的有效性。针对未来控制器设计中更为准确、复杂的非线性车辆动力学模型需要更快的求解速度问题,本文在验证了在线计算控制方法... 

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 课题研究意义
    1.2 智能车辆轨迹跟踪控制方法的发展与现状
        1.2.1 轨迹跟踪控制技术
        1.2.2 智能车辆轨迹跟踪控制方法
        1.2.3 模型预测控制(MPC)方法
    1.3 本文的主要工作及内容
第2章 系统建模
    2.1 引言
    2.2 车辆运动学模型
    2.3 车辆动力学建模
    2.4 本章小结
第3章 控制器设计与仿真
    3.1 预测模型设计
        3.1.1 预测模型
        3.1.2 约束优化问题的数学描述
    3.2 二次规划问题转化
    3.3 控制器快速求解
    3.4 仿真与分析
        3.4.1 仿真平台
        3.4.2 仿真试验方案
        3.4.3 MPC仿真实验
        3.4.4 EMPC仿真验证
    3.5 本章小结
第4章 实车实验
    4.1 华晨V3实验平台介绍
        4.1.1 系统组成
        4.1.2 通讯接口
        4.1.3 车辆功能模块
    4.2 实验方法
        4.2.1 状态信息获取
        4.2.2 控制算法实现
    4.3 实验与结果
        4.3.1 试验场地
        4.3.2 车辆参数
        4.3.3 实验结果
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于随机模型预测控制的自主车辆转向控制[J]. 王秋,曲婷,陈虹.  信息与控制. 2015(04)
[2]军用地面无人机动平台技术发展综述[J]. 陈慧岩,张玉.  兵工学报. 2014(10)
[3]简单城市环境下地面无人驾驶系统的设计研究[J]. 姜岩,赵熙俊,龚建伟,熊光明,陈慧岩.  机械工程学报. 2012(20)
[4]汽车稳定性控制中横摆力矩决策的LQR方法[J]. 丁海涛,郭孔辉,陈虹.  吉林大学学报(工学版). 2010(03)
[5]MPC实用化问题处理及在车辆ACC中的应用[J]. 李升波,王建强,李克强,张磊.  清华大学学报(自然科学版). 2010(05)
[6]非线性模型预测控制的现状与问题[J]. 陈虹,刘志远,解小华.  控制与决策. 2001(04)

博士论文
[1]面向主动安全的汽车底盘集成控制策略研究[D]. 杨建森.吉林大学 2012
[2]移动机器人路径规划及轨迹跟踪问题研究[D]. 王仲民.河北工业大学 2006

硕士论文
[1]基于MPC的车辆稳定性控制研究[D]. 柳致海.吉林大学 2011



本文编号：3693216