兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 960-971.doi: 10.12382/bgxb.2022.0009
卢佳兴, 刘海鸥*(), 关海杰, 李德润, 陈慧岩, 刘龙龙
收稿日期:
2022-01-01
上线日期:
2023-04-28
通讯作者:
LU Jiaxing, LIU Haiou*(), GUAN Haijie, LI Derun, CHEN Huiyan, LIU Longlong
Received:
2022-01-01
Online:
2023-04-28
摘要:
为解决定参数轨迹跟踪控制器工况适应性差的问题,基于改进粒子群优化(IPSO)、多层感知机(MLP)算法,设计一种双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制算法。离线状态下,基于采集的实车数据,以轨迹跟踪的高精度、高稳定性、低时间成本为目标,利用IPSO算法构建了不同运动基元下的最优参数组合数据集,并以运动基元类型和车速等为特征向量,控制时域长度、时间步长为标签,采用学习率自适应优化算法完成MLP神经网络模型的训练。在线状态下,根据规划层下发的轨迹信息和车辆状态反馈信息,由MLP神经网络输出预测的最优控制时域长度和控制时间步长,作为双参数输入到模型预测控制算法中,完成自适应轨迹跟踪控制。基于ROS-VREP的联合仿真和基于双侧独立电驱动履带平台进行实车试验。研究结果表明,在包含大曲率转向的综合工况下,与相同计算时间成本的定参数轨迹跟踪控制算法相比,所设计的轨迹跟踪控制器横向偏差均值、航向偏差均值以及转角变化率均值分别降低了30.5%、17.2%、7.8%,证明了算法的可行性和有效性。
卢佳兴, 刘海鸥, 关海杰, 李德润, 陈慧岩, 刘龙龙. 基于双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 960-971.
LU Jiaxing, LIU Haiou, GUAN Haijie, LI Derun, CHEN Huiyan, LIU Longlong. Trajectory Tracking Control of Unmanned Tracked Vehicles Based on Adaptive Dual-Parameter Optimization[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(4): 960-971.
验证方式 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
质量/kg | 2000 | |
仿真 | 车长×车宽×车高/mm | 2616×1500×1260 |
履带中心距/mm | 1298 | |
主动轮半径/mm | 165 | |
质量/kg | 9360 | |
车长×车宽×车高/mm | 5476×2978×1800 | |
履带中心距/mm | 2464 | |
履带接地段长度/mm | 3095 | |
实车 | 主动轮半径/mm | 265.4 |
侧减速器传动比 | 5.5 | |
1挡/2挡传动比 | 2.708/1.0 | |
重心高度/mm | 850 | |
质量增加系数 | 1.446 | |
原地转向阻力系数 | 0.574 |
表1 各平台试验参数表
Table 1 Parameters of each platform
验证方式 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
质量/kg | 2000 | |
仿真 | 车长×车宽×车高/mm | 2616×1500×1260 |
履带中心距/mm | 1298 | |
主动轮半径/mm | 165 | |
质量/kg | 9360 | |
车长×车宽×车高/mm | 5476×2978×1800 | |
履带中心距/mm | 2464 | |
履带接地段长度/mm | 3095 | |
实车 | 主动轮半径/mm | 265.4 |
侧减速器传动比 | 5.5 | |
1挡/2挡传动比 | 2.708/1.0 | |
重心高度/mm | 850 | |
质量增加系数 | 1.446 | |
原地转向阻力系数 | 0.574 |
试验组别 | /m | /(°) | |Δ |/((°)·s-1) | /ms |
---|---|---|---|---|
对照组1 | 0.147 | 1.202 | 0.138 | 26.490 |
对照组2 | 0.112 | 1.008 | 0.257 | 21.940 |
对照组3 | 0.072 | 0.694 | 0.602 | 17.111 |
本文算法 | 0.075 | 0.824 | 0.262 | 20.297 |
表2 仿真实验轨迹跟踪效果统计表
Table 2 Statistics of simulated tracking performance
试验组别 | /m | /(°) | |Δ |/((°)·s-1) | /ms |
---|---|---|---|---|
对照组1 | 0.147 | 1.202 | 0.138 | 26.490 |
对照组2 | 0.112 | 1.008 | 0.257 | 21.940 |
对照组3 | 0.072 | 0.694 | 0.602 | 17.111 |
本文算法 | 0.075 | 0.824 | 0.262 | 20.297 |
试验组别 | /m | /(°) | |Δ |/((°)·s-1) | /ms |
---|---|---|---|---|
对照组1 | 0.419 | 3.746 | 0.801 | 19.302 |
对照组2 | 0.394 | 3.828 | 0.991 | 19.113 |
对照组3 | 0.188 | 2.321 | 1.075 | 18.203 |
本文算法 | 0.274 | 3.171 | 0.914 | 18.789 |
表3 实车试验轨迹跟踪效果统计表
Table 3 Statistics of the tracking performance in real vehicle experiments
试验组别 | /m | /(°) | |Δ |/((°)·s-1) | /ms |
---|---|---|---|---|
对照组1 | 0.419 | 3.746 | 0.801 | 19.302 |
对照组2 | 0.394 | 3.828 | 0.991 | 19.113 |
对照组3 | 0.188 | 2.321 | 1.075 | 18.203 |
本文算法 | 0.274 | 3.171 | 0.914 | 18.789 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.06.002 |
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