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水下机器人-机械手系统抓取作业轨迹跟踪控制
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作者 张扬 夏庆超 +4 位作者 杨灿军 常宗瑜 宋瑞银 吴定泽 张鑫 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第3期540-549,共10页
针对水下机器人-机械手系统在进行水下作业任务时精确运动轨迹跟踪控制困难的问题,本文提出了水下机器人-机械手系统水下作业的双环滑模控制方法。基于水下机器人-机械手系统运动学和动力学模型,对水下机器人-机械手系统水下抓取作业过... 针对水下机器人-机械手系统在进行水下作业任务时精确运动轨迹跟踪控制困难的问题,本文提出了水下机器人-机械手系统水下作业的双环滑模控制方法。基于水下机器人-机械手系统运动学和动力学模型,对水下机器人-机械手系统水下抓取作业过程进行轨迹跟踪控制研究;考虑机械手末端执行器作业过程中参数变化对机械手拾起和放置物体的全过程进行模拟;通过仿真模拟分析对比例积分微分控制、计算力矩控制、传统滑模控制和双环滑模控制等方法进行对比。结果表明:双环滑模控制方法能够提高本体和机械手的控制精度、减小机械手末端执行器的跟踪误差、降低系统总的能量消耗,并且水下机器人-机械手系统抓取重物时对机械手关节的影响要大于对本体位姿的影响。 展开更多
关键词 水下机器人 水下机器人-机械手系统 轨迹跟踪 双环滑模控制 参数变化 拾起与放置 控制精度 跟踪误差
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面向复杂工件的机器人视觉打磨系统:路径规划与力控制研究
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作者 毛坤 朱学军 +1 位作者 杨旭东 余坼操 《现代制造工程》 北大核心 2025年第7期31-41,共11页
为提高机器人打磨的精度和效率,提出了一种基于三维视觉的机器人打磨路径规划方法。首先,利用结构光相机获取工件表面点云数据,通过RANSAC算法去除背景,并采用点云切片算法划分行间距。随后,使用Douglas-Peuker算法对路径点进行抽稀,并... 为提高机器人打磨的精度和效率,提出了一种基于三维视觉的机器人打磨路径规划方法。首先,利用结构光相机获取工件表面点云数据,通过RANSAC算法去除背景,并采用点云切片算法划分行间距。随后,使用Douglas-Peuker算法对路径点进行抽稀,并基于直接估计法计算法线,从而生成精确的打磨路径。为了实现稳定的力跟踪,设计了一种自适应变阻抗控制策略。通过MATLAB Simulink仿真平台,对比了PID控制方法、恒阻抗控制方法和自适应变阻抗控制方法在平面、弧面和复杂曲面环境下的性能。仿真结果表明,所提出的自适应变阻抗控制方法在力跟踪精度和响应速度方面均优于传统方法。在模拟打磨实验中,搭建了基于FANUC M-10ia/12型机器人和CX5020-0111控制器的打磨系统。实验验证了该方法在不同形状工件表面的有效性,尤其在复杂曲面环境中表现突出。 展开更多
关键词 路径规划 RANSAC算法 跟踪 自适应变阻抗控制 复杂曲面
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基于纯追踪控制与广义预测控制的插秧机路径跟踪融合方法
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作者 刘文龙 徐伟东 李俊 《农业工程》 2025年第7期36-41,共6页
为提高插秧机在复杂田间环境下作业精度,将纯追踪控制算法与广义预测控制算法相融合设计路径跟踪控制器。采用纯追踪控制算法设计主控制器,获得插秧机前轮转角基础值,通过带遗忘因子的最小二乘法辨识得到插秧机受控自回归积分滑动平均... 为提高插秧机在复杂田间环境下作业精度,将纯追踪控制算法与广义预测控制算法相融合设计路径跟踪控制器。采用纯追踪控制算法设计主控制器,获得插秧机前轮转角基础值,通过带遗忘因子的最小二乘法辨识得到插秧机受控自回归积分滑动平均模型。利用广义预测控制算法设计辅助转向控制器,求得前轮转角补偿值,并将基础值与补偿值求和得到插秧机路径跟踪所需的最终前轮转角值。CarSim与Simulink联合仿真结果表明,提出的控制方法在S型和直线型路径跟踪的平均横向绝对误差分别为4.83和3.75cm,较补偿前分别降低34%和42%。 展开更多
关键词 插秧机 路径跟踪 纯追踪控制 系统辨识 广义预测控制
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面向突防路径跟踪的预设时间安全控制
4
作者 王齐鹏 王祥科 +2 位作者 朱琳 赵述龙 沈林成 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第6期1208-1215,共8页
为增强无人机突防时的隐蔽性,无人机的突防路线通常贴近周围建筑或山体.因此,无人机在跟踪突防路径时既要保证精度又要保证安全.针对无人机突防路径的快速跟踪与主动避障问题,本文提出了一种基于分数阶增益与控制障碍函数的安全控制策略... 为增强无人机突防时的隐蔽性,无人机的突防路线通常贴近周围建筑或山体.因此,无人机在跟踪突防路径时既要保证精度又要保证安全.针对无人机突防路径的快速跟踪与主动避障问题,本文提出了一种基于分数阶增益与控制障碍函数的安全控制策略.首先,利用C~2函数定义突防航线和障碍物边界,建立了无人机突防路径跟踪的安全控制模型;然后,基于分数阶系统的“记忆”特性设计了路径跟踪控制律,实现了预设时间内对突防路径的跟踪;接着,采用控制障碍函数和广义K类函数,利用二次规划问题的最优解设计了安全控制律,实现了障碍物和航线靠近、甚至冲突情况下的自主避障;最后,通过数值仿真试验验证了所提方法的有效性. 展开更多
关键词 路径跟踪 避障 分数阶系统 控制障碍函数 安全控制
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基于BLF的浅水效应下无人船自适应路径跟踪控制
5
作者 郭强 王嘉琪 +1 位作者 张显库 马道成 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期263-271,共9页
[目的]旨在解决无人船于浅水域路径跟踪控制中面临的路径依赖约束问题。[方法]基于精确安全需求设立航行过程中的性能与可行性约束条件。针对控制器对路径参数的依赖问题和收敛需求,结合障碍李雅普诺夫函数(BLF)及固定时间收敛策略,设... [目的]旨在解决无人船于浅水域路径跟踪控制中面临的路径依赖约束问题。[方法]基于精确安全需求设立航行过程中的性能与可行性约束条件。针对控制器对路径参数的依赖问题和收敛需求,结合障碍李雅普诺夫函数(BLF)及固定时间收敛策略,设计一种依赖于路径参数、能够在固定时间内收敛的控制器,采用径向基神经网络(RBFNN)和自适应鲁棒项处理非线性项与环境干扰。通过“大智”号智能无人船模型模拟浅水效应环境进行仿真验证。[结果]结果显示,在不违反约束要求的前提下,路径跟踪误差能够快速收敛到预定区域,在收敛速度和精度上优于无约束的情况,证明了控制器的有效性和鲁棒性。[结论]所提控制策略在解决船舶路径依赖约束问题上,能够确保固定时间内实现精确的路径跟踪,具有理论和实际应用价值。未来可进一步优化以适应更复杂的水域环境和更高精度的路径跟踪任务。 展开更多
关键词 无人船 导航 路径规划 目标跟踪 路径跟踪控制 约束优化 输出约束控制 浅水效应
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植保无人机群协同作业的路径规划与控制方法 被引量:1
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作者 马黎 崔雅博 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第4期139-145,共7页
为提高植保无人机喷施作业的效率,提出一种将多台植保无人机进行编队协同作业的方法,并设计改进人工势场路径规划算法和滑模路径跟踪控制策略。首先,建立植保无人机的数学模型和编队模型;然后,在人工势场法中引入回环力改善局部最小值问... 为提高植保无人机喷施作业的效率,提出一种将多台植保无人机进行编队协同作业的方法,并设计改进人工势场路径规划算法和滑模路径跟踪控制策略。首先,建立植保无人机的数学模型和编队模型;然后,在人工势场法中引入回环力改善局部最小值问题,并将其应用在规划路径和避障中;最后,分别对植保无人机的运动模型和姿态模型设计滑模路径跟踪控制律,确保植保无人机编队对喷施路径的准确跟踪。通过5台植保无人机编队的仿真结果表明:所设计的改进人工势场法能够在1.2 s内快速和准确地规划出光滑的避障喷施路径,且设计的滑模路径控制方法能够确保植保无人机编队准确跟踪避障喷施路径,最大偏离误差仅为0.12 m,准确性和实用性均优于自适应控制方法。实测结果表明,提出的方法能够有效降低重喷和漏喷面积,仅占总作业面积的0.31%和0.34%,也缩短作业时长,大幅提高无人机喷施作业效率,为实现智能化农业发展提供技术支持。 展开更多
关键词 植保无人机编队 喷施作业 改进人工势场法 路径规划 滑模控制 路径跟踪
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基于牛顿-拉夫逊算法求解的MPC避障路径规划
7
作者 王耀 李占龙 《农业装备与车辆工程》 2025年第1期103-109,共7页
在动态环境中,模型预测控制结合人工势场法对于多约束的非线性方程求解能力并不高,缺乏实时性,无法及时调整路径来规避移动障碍物,并且规划的路径并不平滑,从而增加碰撞风险。为了解决这一问题,针对智能车辆提出了一种新方法,在预测控... 在动态环境中,模型预测控制结合人工势场法对于多约束的非线性方程求解能力并不高,缺乏实时性,无法及时调整路径来规避移动障碍物,并且规划的路径并不平滑,从而增加碰撞风险。为了解决这一问题,针对智能车辆提出了一种新方法,在预测控制的目标函数与约束条件下,引入修正的势场函数,并与牛顿-拉夫逊优化方法(NR-MPC)相结合,实现最优轨迹的搜索。仿真结果表明,在超车过程中,算法NR-MPC的横摆速度比MPC减小80%,比AFP-MPC减小37%,前轮转角比MPC小1.63 rad,比AFP-MPC小0.21 rad,并且NR-MPC算法的转角和航向角变化在6 s后很快变得平缓,10 s左右变得稳定,明显优于MPC和AFP-MPC。该轨迹规划器比APF-MPC控制器展现出更理想的稳定性,牛顿-拉夫逊优化算法求解规划的路径比单一人工势场法更快,有更高的实时性,规划的曲线更加平滑安全,跟踪精度也更加精确。 展开更多
关键词 牛顿-拉夫逊优化算法 MPC模型预测控制 避障 局部路径规划
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基于底盘集成控制的人-车闭环系统对提高车辆操纵稳定性和路径跟踪能力的效果研究 被引量:6
8
作者 李昌刚 武建勇 +1 位作者 唐厚君 欧阳涛 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第9期812-819,共8页
基于线性矩阵不等式方法,设计了一种集成后轮主动转向、纵向驱动力补偿和直接横摆力矩控制的底盘集成控制系统,叫底盘鲁棒模型匹配集成控制器(R-MMC)。为全面验证底盘集成控制器对车辆操纵性能的提高,建立了基于参考向量场的驾驶员模型... 基于线性矩阵不等式方法,设计了一种集成后轮主动转向、纵向驱动力补偿和直接横摆力矩控制的底盘集成控制系统,叫底盘鲁棒模型匹配集成控制器(R-MMC)。为全面验证底盘集成控制器对车辆操纵性能的提高,建立了基于参考向量场的驾驶员模型,并用它和R-MMC组成一个包含内、外两个环路的人-车闭环控制系统。通过驾驶员模型不参与控制下的非稳态侧风干扰试验和驾驶员模型参与控制的人-车闭环系统S弯道跟踪试验,验证了R-MMC不但能显著提高车辆的操纵稳定性和主动安全性,而且还可增强车辆的路径跟踪能力,降低驾驶员的劳动强度。 展开更多
关键词 底盘集成控制 -车闭环系统 操纵稳定性 路径跟踪能力
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自动泊车系统路径规划与跟踪控制方法研究 被引量:26
9
作者 黄江 魏德奎 +2 位作者 秦良艳 李攀 杜军 《汽车技术》 CSCD 北大核心 2019年第8期39-45,共7页
针对自动泊车系统中的路径规划与路径跟踪问题,首先基于逆向行驶的方法,根据避障条件确定了可安全驶入停车位的泊车起始点范围,然后利用五次多项式对路径进行平滑处理,根据约束条件建立约束方程组并求解出五次多项式各项系数,得到曲率... 针对自动泊车系统中的路径规划与路径跟踪问题,首先基于逆向行驶的方法,根据避障条件确定了可安全驶入停车位的泊车起始点范围,然后利用五次多项式对路径进行平滑处理,根据约束条件建立约束方程组并求解出五次多项式各项系数,得到曲率连续且符合避障约束的泊车轨迹,再结合非时间参考系和基于指数趋近律的滑模变结构控制方法,设计了路径跟踪控制器,最后利用MATLAB/Simulink进行仿真验证,结果表明,提出的方法在车速恒定与波动的情况下均取得了较好的路径跟踪效果。 展开更多
关键词 自动泊车 滑模控制 路径规划 五次多项式 路径跟踪
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四轮独立转向-独立驱动电动车主动避障路径规划与跟踪控制 被引量:29
10
作者 杭鹏 陈辛波 +2 位作者 张榜 史鹏飞 唐廷举 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期170-176,共7页
四轮独立转向-独立驱动电动车(4WIS-4WID EV)具有低速机动性强、高速稳定性好的特点,是一种理想的智能车构型。本文中针对4WIS-4WID EV进行了主动避障系统的设计,主要包括避障路径规划和跟踪控制。首先基于车辆运动学模型,提出了采用七... 四轮独立转向-独立驱动电动车(4WIS-4WID EV)具有低速机动性强、高速稳定性好的特点,是一种理想的智能车构型。本文中针对4WIS-4WID EV进行了主动避障系统的设计,主要包括避障路径规划和跟踪控制。首先基于车辆运动学模型,提出了采用七次多项式的避障路径规划算法;然后基于简化2自由度车辆动力学模型,设计了模型预测路径跟踪控制器;为提高车辆主动避障过程中的操纵稳定性,路径跟踪控制算法采用四轮转向与直接横摆力矩控制技术。通过不同附着系数路面工况与侧风扰动工况仿真,验证了所设计的主动避障系统具有良好的避障能力和鲁棒性。 展开更多
关键词 四轮独立转向独立驱动电动车 避障 路径规划 跟踪控制 模型预测控制
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基于路径跟踪控制方法的拖挂式机器人系统路径规划算法 被引量:8
11
作者 方晓波 钱宏 +1 位作者 刘朕明 孟德壮 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2017年第4期1116-1121,共6页
为解决拖挂式移动机器人系统路径规划算法精准性低、稳定性差和无法考虑系统间安全性等的问题,提出一种基于路径跟踪方法的路径规划算法。该算法融合快速拓展随机树(RRT)基本算法和路径跟踪控制方程,通过自动拟合样条曲线,跟踪并生成节... 为解决拖挂式移动机器人系统路径规划算法精准性低、稳定性差和无法考虑系统间安全性等的问题,提出一种基于路径跟踪方法的路径规划算法。该算法融合快速拓展随机树(RRT)基本算法和路径跟踪控制方程,通过自动拟合样条曲线,跟踪并生成节点间轨迹,以此提高路径精准性;加入系统夹角约束条件和节点击中机制提高算法稳定性和结果安全性;此外,加入贪心优化算法,针对结果路径进行优化处理。通过仿真实验结果表明,相较基本RRT算法,改进算法搜索得到的路径更贴近实际运动轨迹,在安全性和成功率上优于原算法,能够满足快速设计或实时系统的需求。 展开更多
关键词 拖挂式系统 路径规划 路径跟踪 快速拓展随机树 机器人
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基于CL-RRT与MPC的舰载机牵引系统路径规划
12
作者 孙家玮 余明晖 +2 位作者 杨大鹏 汤皓泉 卞大鹏 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期1745-1755,共11页
针对舰载机在甲板狭小、复杂环境下的调运过程,结合闭环快速随机搜索树(close loop rapidly exploring random trees,CL-RRT)和模型预测控制(model predictive control,MPC)提出一种舰载机牵引系统的路径规划算法。首先,在CL-RRT中采用... 针对舰载机在甲板狭小、复杂环境下的调运过程,结合闭环快速随机搜索树(close loop rapidly exploring random trees,CL-RRT)和模型预测控制(model predictive control,MPC)提出一种舰载机牵引系统的路径规划算法。首先,在CL-RRT中采用纯追踪器与线性二次型(linear quadratic,LQ)控制器得到系统的控制输入并向前仿真得到规划路径。其次,将已得路径进行等比缩放与插值作为MPC的初始解。最后,设置MPC的目标函数等并解得最终路径。展开自定义三个场景下的仿真实验,通过与CL-RRT算法的实验结果进行比较,验证本文算法的优越性。实验结果表明,所提算法可有效解决因采样随机性带来解质量不佳的问题,提升舰载机在甲板上的调运效率与安全性。 展开更多
关键词 舰载机牵引系统 闭环快速随机搜索树 模型预测控制 路径规划
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基于机器视觉的无人布雷车纯路径轨迹跟踪控制系统
13
作者 岳光 潘玉田 +2 位作者 任琳 郭保全 王雯 《兵工自动化》 北大核心 2024年第11期94-96,共3页
针对有人驾驶布雷车操作误差大、效率低以及危险度高的问题,提出基于机器视觉的无人布雷车纯路径轨迹跟踪控制系统。构建无人布雷车的控制系统构架;提出机器视觉导航设计,对布雷车的作业环境图像进行处理;建立纯路径追踪数学模型及算法... 针对有人驾驶布雷车操作误差大、效率低以及危险度高的问题,提出基于机器视觉的无人布雷车纯路径轨迹跟踪控制系统。构建无人布雷车的控制系统构架;提出机器视觉导航设计,对布雷车的作业环境图像进行处理;建立纯路径追踪数学模型及算法,实现对无人布雷车布雷轨迹的控制跟踪轨迹。结果表明:该控制系统可快速准确跟踪无人布雷车的轨迹,提高无人布雷车的军事效果,具有较重要工程价值,为实现武器装备的智能化水平提供基础研究。 展开更多
关键词 无人布雷车 机器视觉 路径跟踪 控制系统 边缘检测
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基于改进人工势场法的无人车路径规划与跟踪控制 被引量:2
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作者 郭明皓 姬鹏 黄海威 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2423-2434,共12页
针对无人车在换道超车复杂场景下躲避动态障碍物的工况,提出一种基于改进人工势场法的路径规划算法和基于模型预测控制器的跟踪控制策略。引入安全椭圆理论及预测距离概念调整势场影响区域,通过加入速度势场改变势场函数,解决车辆躲避... 针对无人车在换道超车复杂场景下躲避动态障碍物的工况,提出一种基于改进人工势场法的路径规划算法和基于模型预测控制器的跟踪控制策略。引入安全椭圆理论及预测距离概念调整势场影响区域,通过加入速度势场改变势场函数,解决车辆躲避动态障碍物的问题。以线性三自由度车辆动力学模型为基础,建立包含势场环境的模型预测控制器。通过CarSim/Simulink联合仿真验证算法的有效性。结果表明:该算法可有效解决传统势场法缺陷,提出的换道超车避障控制器对不同车速下的避障车辆跟踪效果良好,最大质心侧偏角均小于1°,前轮转角均在[-10°~10°]合理范围内,车辆能较好完成换道超车操作并且保持稳定性和安全性。 展开更多
关键词 无人车 改进人工势场法 路径规划 跟踪控制 模型预测控制
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基于神经-模糊控制系统的移动机器人动态路径规划 被引量:1
15
作者 包芳 潘永惠 须文波 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2009年第10期221-225,共5页
针对机器人在未知、复杂环境下从源到目标之间,避开各种类型的障碍的问题,设计了系统的神经-模糊控制算法进行动态路径规划:设计了合理的模糊推理体系,实现输入模糊化、模糊推理规则库、输出去模糊化控制;根据规则库设计神经网络结构,... 针对机器人在未知、复杂环境下从源到目标之间,避开各种类型的障碍的问题,设计了系统的神经-模糊控制算法进行动态路径规划:设计了合理的模糊推理体系,实现输入模糊化、模糊推理规则库、输出去模糊化控制;根据规则库设计神经网络结构,简化网络结构和参数;采用QPSO算法训练网络;状态变量的存储和管理策略,解决了"U"型障碍物内的死循环路径问题。实验结果表明,在以上算法的控制下,机器人能够朝着目标,规划产生合理的路径,不会陷入死循环。 展开更多
关键词 神经-模糊控制 动态路径规划 量子化粒子群优化算法 状态变量
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基于人-车-路闭环系统的路径跟踪模型预测控制
16
作者 葛召浩 赵又群 +1 位作者 林棻 闫茜 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2020年第5期35-42,共8页
为提高人-车-路闭环系统的路径跟踪能力以及操纵稳定性能,利用Matlab/Simulink软件,搭建了3自由度汽车动力学模型以及基于车辆侧向加速度反馈修正的预瞄驾驶员模型,并与Carsim模型进行对比验证,检验了上述模型的正确性;根据模型预测控... 为提高人-车-路闭环系统的路径跟踪能力以及操纵稳定性能,利用Matlab/Simulink软件,搭建了3自由度汽车动力学模型以及基于车辆侧向加速度反馈修正的预瞄驾驶员模型,并与Carsim模型进行对比验证,检验了上述模型的正确性;根据模型预测控制理论,搭建了基于主动转向的路径跟踪模型预测控制器,采用双移线路径作为仿真工况,分别在有/无模型预测控制的情形下进行了仿真。结果表明:该模型预测控制器可将路径跟踪的误差均值控制在0.1m以内,将瞬态误差极值降低50%左右,并消除了路径跟踪后期的震荡现象;此外,可保持汽车侧向加速度、横摆角速度值等操纵稳定性指标在合理范围之内。研究结果可为智能汽车的人-机共驾研究以及无人驾驶方向的进一步研究提供参考。 展开更多
关键词 模型预测控制 路径跟踪 --路闭环系统 主动转向
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自主驾驶车辆紧急避障的路径规划与轨迹跟踪控制 被引量:35
17
作者 邓海鹏 麻斌 +2 位作者 赵海光 吕良 刘宇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期585-594,共10页
为减少道路突发事故,提高车辆通行效率,需要研究车辆的紧急避障以实现自主驾驶。基于车辆点质量模型,设计了非线性模型预测控制(MPC)路径规划器;基于车辆动力学模型,设计了线性时变MPC轨迹跟踪器。在路径规划层引入避障功能函数,通过车... 为减少道路突发事故,提高车辆通行效率,需要研究车辆的紧急避障以实现自主驾驶。基于车辆点质量模型,设计了非线性模型预测控制(MPC)路径规划器;基于车辆动力学模型,设计了线性时变MPC轨迹跟踪器。在路径规划层引入避障功能函数,通过车辆与障碍物的距离调节函数值大小,综合避障函数权重和路径偏差权重,规划出一条既能避开障碍物又使路径偏差最小的临时轨迹。在轨迹跟踪层,利用该临时轨迹和航向角偏差作为车辆主动转向控制参考量,将线性时变MPC优化问题转化为二次规划问题,计算满足车辆动力学约束的前轮转向角最优解。结果表明:所设计的双层MPC紧急避障控制策略对低速(60 km/h)、中速(80 km/h)、高速(100 km/h)行驶车辆有很强的适应性,高速行驶时最大质心侧偏角不超过1.0°,最大航向角偏差不超过2.5°,车辆横向稳定性良好,随着车速增大,车辆避障响应时刻提前;在多车连续避障场景中,自主驾驶车辆的质心侧偏角和航向角偏差均能控制在较小范围内,在多目标连续避障的路径规划和轨迹跟踪问题上同样具有很好的控制效果。 展开更多
关键词 自主驾驶车辆 紧急避障 车辆点质量模型 模型预测控制 路径规划与轨迹跟踪
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限制区域水面无人艇路径规划与跟踪控制研究 被引量:9
18
作者 刘正锋 张隆辉 +1 位作者 魏纳新 匡晓峰 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期1127-1136,共10页
路径规划与跟踪控制是水面无人艇自主航行的关键技术。首先,采用概率地图法(PRM)对水面无人艇的路径规划进行了研究,详细介绍了概率地图法的原理以及算法实现流程,针对传统方法在工程实际中存在的问题,结合无人艇操纵性能约束提出了简... 路径规划与跟踪控制是水面无人艇自主航行的关键技术。首先,采用概率地图法(PRM)对水面无人艇的路径规划进行了研究,详细介绍了概率地图法的原理以及算法实现流程,针对传统方法在工程实际中存在的问题,结合无人艇操纵性能约束提出了简单有效的改进方法,进行了算例验证;其次,以PRM规划路径为目标对象,开展了欠驱动无人艇路径跟踪控制技术研究,对操舵响应非线性模型进行线性化处理,考虑舵角饱和约束限制,设计了模型预测控制器,舵角的执行指令可以通过二次规划算法求解;最后,进行了限制区域水面无人艇路径规划和跟踪控制的联合仿真验证。研究结果表明:概率地图法可以成功地应用于限制区域无人艇路径规划,方法可实现性好、效率高;规划所得的路径由一系列直线段组成,有利于路径跟踪控制;通过模型预测控制可以快速平稳地实现欠驱动无人艇对目标路径的跟踪控制。 展开更多
关键词 水面无人艇 路径规划 路径跟踪 概率地图法 模型预测控制
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基于改进RRT算法的船舶路径规划与跟踪控制 被引量:12
19
作者 宁君 马昊冉 +2 位作者 李伟 邵年骏 刘正江 《中国航海》 CSCD 北大核心 2022年第3期106-112,共7页
提出基于改进快速搜索随机树算法的船舶路径规划与跟踪控制方法。采用嵌入Dijkstra算法的改进快速随机搜索树算法(Rapidly⁃Exploring Random Tree,RRT)算法进行船舶路径规划。将规划的优化路径作为船舶运动控制系统的期望输入,基于工业... 提出基于改进快速搜索随机树算法的船舶路径规划与跟踪控制方法。采用嵌入Dijkstra算法的改进快速随机搜索树算法(Rapidly⁃Exploring Random Tree,RRT)算法进行船舶路径规划。将规划的优化路径作为船舶运动控制系统的期望输入,基于工业界广为使用的内外环控制思想设计船舶运动学跟踪控制率,较好地解决了欠驱动船舶路径跟踪问题。在船舶动力学子系统中,利用神经网络逼近动力学子系统中的未建模动态和外部干扰,所设计的神经网络滑膜跟踪控制器能有效地跟踪运动学子系统的引导率信号。仿真试验验证了所提出的基于RRT的船舶路径规划与跟踪控制的有效性。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 路径规划跟踪控制 改进RRT算法 滑模控制
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自适应双时域参数MPC的智能车辆路径规划与跟踪控制 被引量:23
20
作者 李耀华 范吉康 +3 位作者 刘洋 何杰 李泽田 潘绍飞 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期528-539,共12页
为解决过度避障,基于车辆点质量模型,采用非线性模型预测控制(MPC)算法,设计了新型避障功能函数,建立自动驾驶车辆路径跟踪性能综合评价指标,得到最优预测时域和控制时域参数,设计自适应双时域MPC参数路径跟踪控制器。搭建规划层和控制... 为解决过度避障,基于车辆点质量模型,采用非线性模型预测控制(MPC)算法,设计了新型避障功能函数,建立自动驾驶车辆路径跟踪性能综合评价指标,得到最优预测时域和控制时域参数,设计自适应双时域MPC参数路径跟踪控制器。搭建规划层和控制层集成的联合仿真平台,进行仿真试验。结果表明:在180个障碍物点下,避障功能函数可避免过度避障,且计算时间仅增加0.294 ms。采用局部避障路径规划与路径跟踪控制集成结构时,在多静态障碍物场景与动态障碍物场景下,车速为65 km/h时,最大横向误差偏差减小0.169 m,最大横摆角速度减小3.196(°)/s。 展开更多
关键词 自动驾驶车辆 模型预测控制(MPC) 避障 局部路径规划 路径跟踪控制
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