基于模型预测控制的无人车轨迹跟踪与避障控制

发布时间：2023-12-02 13:49

　　无人车轨迹跟踪与避障控制问题一直是无人驾驶系统中的热点问题,是无人驾驶技术的核心研究内容,该方面的研究对提高道路行驶安全具有重要意义。预测控制(Model Predictive Control,简称MPC)由于其模型预测、滚动优化、反馈校正的鲜明特点,使其成为目前公认处理复杂系统多变量约束控制的有效算法。无人车系统是一个典型的多变量耦合系统,相比于其它算法,预测控制具有天然的优势。因此,本文在模型预测控制框架下,进行无人车的轨迹跟踪与避障控制研究,主要研究成果如下:(1)建立小角度假设下的无人车动力学模型,利用该模型设计了基于非线性预测控制的无人车轨迹跟踪控制算法。实验结果表明MPC算法能够精准的跟踪预定轨迹。(2)针对基于非线性控制的无人车轨迹跟踪算法计算耗时大的问题,提出了基于多步线性化预测控制的无人车轨迹跟踪算法。该算法在无人车标称运动轨迹附近采用多步线性化策略计算最优控制序列,并采用迭代策略进行无人车标称运动轨迹的估计。与非线性MPC和单步线性化策略相比,仿真结果表明该方法能够大大降低算法运算时间,并具有很高的跟踪精度。(3)针对传统无人车双层避障控制算法设计复杂、占用运算资源...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 无人驾驶跟踪控制与避障算法综述
        1.2.1 无人驾驶跟踪控制系统综述
        1.2.2 无人驾驶避障控制系统综述
    1.3 研究内容与论文结构
第二章 无人车的动力学建模与轨迹跟踪控制
    2.1 引言
    2.2 无人车动力学模型
    2.3 Carsim/Simulink仿真平台简介
    2.4 基于非线性预测控制的轨迹跟踪控制算法
        2.4.1 优化命题描述
        2.4.2 优化命题求解
        2.4.3 非线性预测控制算法流程
    2.5 仿真实验与分析
        2.5.1 动力学模型验证
        2.5.2 非线性预测控制仿真实例与分析
    2.6 小结
第三章 基于多步线性化预测控制的无人车轨迹跟踪算法
    3.1 引言
    3.2 无人车线性时变模型
    3.3 基于多步线性化的无人车模型预测控制算法
        3.3.1 基于多步线性化的模型预测
        3.3.2 滚动优化命题
        3.3.3 标称轨迹迭代更新策略
    3.4 仿真实验与分析
        3.4.1 圆形轨迹实验仿真
        3.4.2 双移线轨迹仿真
        3.4.3 控制效果对比
    3.5 小结
第四章 基于模型预测控制的单层无人车避障算法
    4.1 引言
    4.2 单层无人车避障问题构造
    4.3 基于泰勒展开的无人车避障算法
        4.3.1 避障函数泰勒展开
        4.3.2 避障优化命题构造及求解
        4.3.3 无人车避障算法流程
        4.3.4 仿真实验与分析
    4.4 基于双线性插值的无人车避障算法
        4.4.1 双线性插值原理
        4.4.2 避障算法优化命题构造
        4.4.3 QP问题转化
        4.4.4 仿真实验与分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 研究工作总结
    5.2 研究与展望
参考文献
附录
    附录1: 作者简介
    附录2: 作者在攻读硕士期间的主要成果



本文编号：3869797