兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (1): 84-97.doi: 10.12382/bgxb.2022.0650
所属专题: 特种车辆理论与技术
宋佳睿1, 陶刚1, 李德润2, 臧政1, 吴绍斌1,*(), 龚建伟1
收稿日期:
2022-07-16
上线日期:
2022-12-13
通讯作者:
基金资助:
SONG Jiarui1, TAO Gang1, LI Derun2, ZANG Zheng1, WU Shaobin1,*(), GONG Jianwei1
Received:
2022-07-16
Online:
2022-12-13
摘要:
为解决有人与无人车辆编队中,有人领航车紧急加减速和紧急转向控制输入对无人车跟踪控制的扰动问题,设计了一种参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制算法。通过采集分析历史数据确定控制器扰动的噪声极值,并经过适度放缩得到其鲁棒边界。设计抑制该扰动的局部反馈鲁棒控制器,并通过贝叶斯优化的方法实现鲁棒边界等控制器参数自优化。基于混合整数线性优化的方法预测有人领航车未来轨迹,并设计鲁棒模型预测控制器实现无人车对有人领航车的跟踪控制。仿真和实车试验结果表明:所设计的鲁棒模型预测控制器在跟踪精度方面相比于传统模型预测控制器有明显的提升;同时该控制器有效地抵抗了来自有人领航车紧急加减速和紧急转向控制输入、无人跟随车系统模型不确定性和外部环境的扰动,振荡情况明显改善,提高了系统的鲁棒性。
中图分类号:
宋佳睿, 陶刚, 李德润, 臧政, 吴绍斌, 龚建伟. 参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 84-97.
SONG Jiarui, TAO Gang, LI Derun, ZANG Zheng, WU Shaobin, GONG Jianwei. Robust Model Predictive Control for Manned and Unmanned Vehicle Formation Based on Parameter Self-Optimization[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(1): 84-97.
实验平台 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
长度×宽度×高度/mm | 4900×2900×1800 | |
轴距/mm | 2800 | |
后轴距离/mm | 1450 | |
有人车 | 整车质量/kg | 1500 |
前轮最大转角/(°) | 30 | |
最大纵向加速度/(m·s-2) | 3.0 | |
最大纵向减速度/(m·s-2) | 3.0 | |
长度×宽度×高度/mm | 2600×1300×960 | |
质量/kg | 1500 | |
无人车 | 主动轮半径/mm | 140 |
车辆离地高度/mm | 460 | |
履带中心距/mm | 1100 |
表1 各平台实验参数
Table 1 Parameters of each platform
实验平台 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
长度×宽度×高度/mm | 4900×2900×1800 | |
轴距/mm | 2800 | |
后轴距离/mm | 1450 | |
有人车 | 整车质量/kg | 1500 |
前轮最大转角/(°) | 30 | |
最大纵向加速度/(m·s-2) | 3.0 | |
最大纵向减速度/(m·s-2) | 3.0 | |
长度×宽度×高度/mm | 2600×1300×960 | |
质量/kg | 1500 | |
无人车 | 主动轮半径/mm | 140 |
车辆离地高度/mm | 460 | |
履带中心距/mm | 1100 |
参数 | 数值 |
---|---|
横向偏差权重系数 | 5.11 |
航向偏差权重系数 | 13.77 |
控制量权重系数 | 30.10 |
控制量变化率权重系数 | 502.66 |
距离偏差权重系数 | 6.79 |
鲁棒边界放缩系数 | -0.57 |
表2 控制器参数
Table 2 Parameters of the controller
参数 | 数值 |
---|---|
横向偏差权重系数 | 5.11 |
航向偏差权重系数 | 13.77 |
控制量权重系数 | 30.10 |
控制量变化率权重系数 | 502.66 |
距离偏差权重系数 | 6.79 |
鲁棒边界放缩系数 | -0.57 |
无人车 | 间距误差/m | 横向偏差/m | 航向偏差/(°) | |
---|---|---|---|---|
1 | MPC | 0.530±1.127 | 0.162±0.156 | 2.371±2.180 |
RMPC | 0.589±1.256 | 0.134±0.116 | 2.090±1.769 | |
2 | MPC | 0.820±1.661 | 0.171±0.172 | 2.333±2.431 |
RMPC | 0.869±1.745 | 0.151±0.132 | 2.214±1.989 |
表3 仿真实验结果统计
Table 3 Simulation results
无人车 | 间距误差/m | 横向偏差/m | 航向偏差/(°) | |
---|---|---|---|---|
1 | MPC | 0.530±1.127 | 0.162±0.156 | 2.371±2.180 |
RMPC | 0.589±1.256 | 0.134±0.116 | 2.090±1.769 | |
2 | MPC | 0.820±1.661 | 0.171±0.172 | 2.333±2.431 |
RMPC | 0.869±1.745 | 0.151±0.132 | 2.214±1.989 |
车辆参数 | 数值 |
---|---|
长度×宽度×高度/mm | 4740×2170×2380 |
轴距/mm | 3300 |
整车整备质量/kg | 3250 |
前轮最大转向角/(°) | 32 |
最大纵向加速度/(m·s-2) | 3.0 |
最大纵向减速度/(m·s-2) | 3.0 |
离地高度/mm | 410 |
车辆接近角/(°) | 60 |
车辆离去角/(°) | 45 |
表4 车辆参数
Table 4 Vehicle parameters
车辆参数 | 数值 |
---|---|
长度×宽度×高度/mm | 4740×2170×2380 |
轴距/mm | 3300 |
整车整备质量/kg | 3250 |
前轮最大转向角/(°) | 32 |
最大纵向加速度/(m·s-2) | 3.0 |
最大纵向减速度/(m·s-2) | 3.0 |
离地高度/mm | 410 |
车辆接近角/(°) | 60 |
车辆离去角/(°) | 45 |
控制器 | 间距误差/m | 横向偏差/m | 航向偏差/(°) |
---|---|---|---|
MPC | 3.878±2.719 | 0.536±0.208 | 3.314±2.101 |
RMPC | 3.724±2.034 | 0.390±0.176 | 3.180±2.050 |
表5 实车试验结果统计
Table 5 Experimental results
控制器 | 间距误差/m | 横向偏差/m | 航向偏差/(°) |
---|---|---|---|
MPC | 3.878±2.719 | 0.536±0.208 | 3.314±2.101 |
RMPC | 3.724±2.034 | 0.390±0.176 | 3.180±2.050 |
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doi: https://doi.org/10.12382/byxb.2022.0095 |
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