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基于多目标约束与评价的智能汽车工况自适应路径跟踪控制研究

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基于多目标约束与评价的智能汽车工况自适应路径跟踪控制研究

作者：韦奇志江苏大学

学位级别：硕士

路径跟踪是智能汽车实现自动驾驶的关键技术之一,现有智能汽车路径跟踪研究主要针对良好路面和单一工况,关于对接路面、变曲率弯道等复杂工况的研究较少。本文基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)理论,分析了不同行驶车速... 详细信息

路径跟踪是智能汽车实现自动驾驶的关键技术之一,现有智能汽车路径跟踪研究主要针对良好路面和单一工况,关于对接路面、变曲率弯道等复杂工况的研究较少。本文基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)理论,分析了不同行驶车速、路面附着系数、道路曲率等因素对路径跟踪效果的影响,针对传统MPC路径跟踪过程中对复杂工况控制效果不佳的问题,进行了多目标综合评价的最优跟踪车速和自适应时域控制参数研究,设计了一种面向智能汽车的工况自适应路径跟踪控制器,并进行仿真和试验验证。论文主要研究内容如下:首先,建立了考虑轮胎滑移的三自由度车辆动力学模型,并对模型作线性化离散化处理,基于LTV-MPC(Linear Time Varying-Model Predictive Control)原理设计了智能汽车路径跟踪控制器。在此基础上计算并添加了自适应转角约束和横摆角速度-横向速度约束,进一步提高了控制器在极限工况下的稳定性。基于CarSim/Simulink搭建了联合仿真试验平台,在不同车速下进行了直线和双移线工况仿真,结果表明设计的MPC控制器均能有效完成对参考路径的跟踪,但控制器的跟踪误差会随着车速的提高而增大。其次,基于总方差法建立了多目标评价的智能汽车路径跟踪综合评价体系,包括操纵稳定性、跟踪精确性、行驶最速性三个子指标。利用熵权法(Entropy weight method)确定了各项子指标的加权系数。通过CarSim/Simulink联合仿真确定了不同路面附着系数下评分最优的各组双移线工况路径跟踪车速。统计结果表明,双移线工况下的综合评价最优车速随着路面附着系数的降低不断减小。然后,分析了影响MPC控制效果的关键参数,根据不同道路曲率和车速,划分了100种稳态转向工况。利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)离线优化各工况下MPC控制器的最优时域参数组合,设计了时域参数自适应MPC控制器。考虑到复杂工况下道路曲率和路面附着系数的变化,设计了纵向车速跟随模块。在此基础上,设计了一种智能汽车工况自适应路径跟踪控制器,并在CarSim/Simulink平台上进行了对接路面双移线和连续变曲率弯道仿真。结果表明,相比于传统MPC控制器,所提出的工况自适应路径跟踪控制器在对接路面双移线工况下行驶稳定性平均提高了14.46%,跟踪精确性平均提高了23.61%;在变曲率弯道下跟踪精确性平均提高了31.68%,对道路工况变化具有良好的鲁棒性,有效提高了智能汽车在复杂路面工况下的路径跟踪效果。最后,基于HCU-HiL平台搭建了智能汽车工况自适应路径跟踪硬件在环(Hardware-in-the-Loop,HiL)试验系统。进行了双移线和变曲率弯道工况试验,将HiL试验结果与相同工况下的CarSim/Simulink联合仿真进行对比。结果表明,本文所设计控制模型在HiL试验中能稳定精确地跟踪期望路径,与仿真结果基本吻合,验证了智能汽车工况自适应控制器在真实控制器运行环境中的可行性与有效性。

关键词：智能汽车路径跟踪模型预测控制多目标评价工况自适应硬件在环试验

大藤峡坝上与坝下水域卷口鱼生物学特性比较研究

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大藤峡坝上与坝下水域卷口鱼生物学特性比较研究

作者：韦奇志华中农业大学

学位级别：硕士

本文于2020年6、7、10月、2021年4、5、9、10月在大藤峡水利枢纽工程影响水域共采集到卷口鱼662尾,将坝上、坝下卷口鱼年龄生长、繁殖和食性进行对比研究,旨在探究大藤峡坝上和坝下卷口鱼群体可能存在的生物学差异,以期为类似水利工程... 详细信息

本文于2020年6、7、10月、2021年4、5、9、10月在大藤峡水利枢纽工程影响水域共采集到卷口鱼662尾,将坝上、坝下卷口鱼年龄生长、繁殖和食性进行对比研究,旨在探究大藤峡坝上和坝下卷口鱼群体可能存在的生物学差异,以期为类似水利工程对于鱼类种群生物学影响的研究积累本地资料,为鱼类保护提供科学依据。主要研究结果如下:1.首先是对生长特性的比较,坝上共采到卷口鱼454尾,体长范围在73～283 mm之间,平均值是182.2 mm,主要集中在180～200 mm体长组,占总体百分数的34.65%;体重范围为10.5～575.5 g,平均体重为161.9 g,主要集中在100～200 g,占总体的58.27%。坝下共采到卷口鱼208尾,体长范围是110～275mm,平均体长为161.3 mm,主要集中在140～160 mm,占比为33.01%,体重范围在24.2～499.1 g之间,平均体重为108.5 g,主要集中在0～100 g,所占的比例为54.55%。坝上雌雄群体呈现出正异速生长特性,幼鱼呈现出等速生长特性,坝下总体呈现出等速生长特性。坝上群体拟合的体长体重关系为:雌性:W=7.7131×10SL(R=0.919,n=265);雄性:W=1.1318×10SL(R=0.940,n=110);性别未辨:W=1.8273×10SL(R=0.937,n=49)。坝下群体拟合的体长体重关系为:总体:W=2.1876×10SL(R=0.968,n=208)。体长von Bertalanffy生长方程:坝上:SL=320.9(1-e-0.354(t+0.9579)));坝下:SL=393.6(1-e-0.166(t+2.2153)))。体重von Bertalanffy生长方程:坝上:W=899.1(1-e-0.354(t+0.9579)));坝下:W=1459.3(1-e-0.166(t+2.2153)))。坝上群体拐点年龄为2.4龄,此时对应的体长和体重分别为223.2 mm,279.12g;坝下群体拐点年龄为4.4龄,对应的体长和体重分别为262.1 mm和429.5 g。2.其次从繁殖特性的比较来看,坝上采集到的卷口鱼样本的性比为♀﹕♂=2.41﹕1;坝下采集到的卷口鱼样本的性比为♀﹕♂=1.39﹕1。根据各月份卵巢各发育期分布图和性成熟系数(GIS)的变化趋势图显示,卷口鱼繁殖期为4～7月份,最高峰出现在6月。坝上样本的体长范围为169～279 mm,体重范围为120.2～557.2 g,绝对繁殖力范围为4789～52921粒,平均绝对繁殖力为18440粒,相对繁殖力在17.69～98.04粒/g之间,平均相对繁殖力为52.04粒/g。坝下样本体长在123～177 mm之间,体重范围为50.5～142.8 g,绝对繁殖力范围为2369～17577粒,平均绝对繁殖力为9165粒,相对繁殖力范围为22.81～157.42粒/g,平均相对繁殖力是87.20粒/g。坝上的平均绝对繁殖力高于坝下,而平均相对繁殖力则低于坝下。卷口鱼坝上和坝下的绝对繁殖力均与体长和体重呈显著指数变化规律的相关关系。最佳拟合方程为:坝上:F=7.084×10SL(R=0.722,n=14),F=0.158W(R=0.769,n=14);坝下:F=2.061×10SL(R=0.464,n=10),F=0.308W(R=0.458,n=10)。3.最后从食性的结果来看,夏季进行食性分析的样本体长范围为152～265mm;相对重要性指数百分比(IRI%)最高的是绿藻门为22.27%,其次是硅藻门(19%)和隐藻门(7.61%);优势度指数硅藻门最高为29.6%,其次为隐藻门(11.2%)和黄藻门(6.57%);夏季最重要的饵料是硅藻门和隐藻门。秋季进行食性分析的样本体长范围113～215 mm;相对重要性指数百分比表明绿藻门(32.53%)是卷口鱼秋季最重要的饵料,其次是硅藻门(21.4%);从优势度指数(Ip%)来看,小球藻(绿藻门)最高,为48.85%,其次是小环藻属的一种(硅藻门,21.85%)和颗粒直链藻(硅藻门,9.07%);在秋季还发现了底栖动物类,其中水丝蚓为最主要的底栖饵料生物。夏季的香浓——威纳多样性指数(H′)和皮尔洛均匀度指数(J)分别为2.28和0.65,秋季的(H′)和(J)分别为2.56和0.61。夏季与秋季的摄食范围相似,多样性指数夏季低于秋季。使用Amundsen图示法研究卷口鱼的摄食策略和饵料重要性发现卷口鱼为广食性鱼类;卷口鱼的生态位表现为高WPC型,其个体间的食物差异性较低。夏季最主要的饵料为颗粒直链藻,秋季的主要饵料为卵形衣藻和小环藻属。综上所述,大藤峡水利枢纽对于卷口鱼生物学具有一定影响,大坝的建成造成的河流阻隔,生境

关键词：卷口鱼生长繁殖食性大藤峡大坝

应用于车辆纵向控制的无模型自适应滑模预测控制方法

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汽车工程 2022年第3期44卷 319-329页

作者：江浩斌冯张棋洪阳珂韦奇志皮健江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

鉴于汽车纵向动力学系统为典型的参数时变不定、多扰动的非线性离散系统,基于精确数学模型的控制算法较难取得理想效果,本文中采用无需模型、基于输入/输出数据的控制算法。首先,基于紧格式动态线性化数据模型,将无模型自适应控制(MFAC... 详细信息

鉴于汽车纵向动力学系统为典型的参数时变不定、多扰动的非线性离散系统,基于精确数学模型的控制算法较难取得理想效果,本文中采用无需模型、基于输入/输出数据的控制算法。首先,基于紧格式动态线性化数据模型,将无模型自适应控制(MFAC)算法、滑模控制(SMC)算法和模型预测控制(MPC)算法相结合,设计了无模型自适应控制器。接着,通过理论分析对其进行了稳定性证明,最后将所提出的控制算法与常用于纵向控制的前馈+反馈算法和MFASMC(MFAC+SMC)算法进行了仿真对比,并通过硬件在环实验(HIL)验证了算法的有效性。结果表明,该控制算法响应速度快、鲁棒性强,且输出更为平滑,可较好地应用于智能汽车纵向动力学控制。

关键词：智能汽车纵向动力学控制数据驱动控制无模型自适应控制滑模控制模型预测控制

基于虚拟安全边界的智能车辆动态换道轨迹规划

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江苏大学学报（自然科学版） 2023年第6期44卷 621-629页

作者：江浩斌洪阳珂冯张棋皮健韦奇志江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

鉴于实际动态交通环境下智能车辆换道过程中可能受到周围车辆的影响,为满足其换道过程安全性和舒适性的要求,提出了一种基于虚拟安全边界的动态换道轨迹规划算法.考虑到换道结束时间和纵向位置的耦合性,采用四次和五次混合多项式换道轨... 详细信息

鉴于实际动态交通环境下智能车辆换道过程中可能受到周围车辆的影响,为满足其换道过程安全性和舒适性的要求,提出了一种基于虚拟安全边界的动态换道轨迹规划算法.考虑到换道结束时间和纵向位置的耦合性,采用四次和五次混合多项式换道轨迹算法分别进行纵、横向规划,确定换道时间和纵向速度范围获得候选换道轨迹.设计了车辆运动状态约束和基于车辆矩形轮廓建立的虚拟安全边界防碰撞约束,构建了车辆换道安全性、舒适性、跟车效益等代价函数,并基于安全性代价函数阈值动态调整各个代价函数的权重系数,运用fmincon函数对候选换道轨迹进行优化.考虑到周围车辆运动状态变化会对换道过程产生影响,车辆系统循环调用换道轨迹规划模块进行换道轨迹实时更新,直至车辆到达目标位置.结果表明:对于不同的换道工况,基于虚拟安全边界的智能车辆动态换道轨迹规划算法可有效避免换道过程中与周围车辆发生碰撞,保证了智能车辆换道过程的安全性.

关键词：智能车辆换道轨迹规划虚拟安全边界多项式算法速度规划

水罗伞提取物对溴代苯小鼠肝损伤的保护作用和抗氧化作用

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中国药理学通报 2004年第11期20卷 1221-1223页

作者：吴植强周智韦奇志广西药品检验所广西南宁530021

目的　探讨两种水罗伞提取物 (FⅠ、F)对溴代苯肝毒性的保护作用和抗氧化作用。方法　小鼠预防ig给药 7d ,给予溴代苯 (3mmol·kg-1)后 8h再给药 1次。以血浆ALT、肝匀浆MDA和T SOD作为溴代苯肝损伤的指标 ,观水罗伞提取物的影响 ;另外 ... 详细信息

目的　探讨两种水罗伞提取物 (FⅠ、F)对溴代苯肝毒性的保护作用和抗氧化作用。方法　小鼠预防ig给药 7d ,给予溴代苯 (3mmol·kg-1)后 8h再给药 1次。以血浆ALT、肝匀浆MDA和T SOD作为溴代苯肝损伤的指标 ,观水罗伞提取物的影响 ;另外 ,老龄小鼠连续ig给药 14d ,以红细胞超氧化物歧化酶 (SOD)、血浆维生素C和T AOC为抗氧化指标 ,观察水罗伞提取物的抗自由基作用。结果　FⅠ可明显降低溴代苯肝损伤小鼠血浆的ALT活性和肝脏MDA含量的上升 ,F能降低肝匀浆MDA含量。FⅠ和F均能明显提高老龄小鼠红细胞SOD活性和血浆维生素C含量 ,FⅠ能提高血浆的总氧化能力。结论　两种水罗伞提取物FⅠ和F均能提高老龄小鼠的抗自由基能力 ,该提取物(尤其是FⅠ )对溴代苯肝损伤有保护作用。

关键词：水罗伞提取物溴代苯肝损伤抗氧化作用

一种面向智能汽车的工况自适应路径跟踪控制方法

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重庆理工大学学报（自然科学） 2022年第6期36卷 1-11页

作者：江浩斌韦奇志李傲雪唐斌耿国庆江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 江苏大学汽车工程研究院江苏镇江212013

为实现智能汽车在复杂路面条件下稳健的工况自适应性能,提出一种智能汽车自适应路径跟踪控制方法。基于模型预测控制(MPC)原理,设计了智能汽车路径跟踪控制器;依据总方差法建立路径跟踪综合评价指标,通过仿真分析不同路面附着系数下的... 详细信息

为实现智能汽车在复杂路面条件下稳健的工况自适应性能,提出一种智能汽车自适应路径跟踪控制方法。基于模型预测控制(MPC)原理,设计了智能汽车路径跟踪控制器;依据总方差法建立路径跟踪综合评价指标,通过仿真分析不同路面附着系数下的路径跟踪效果,拟合路面附着系数与最优车速的关系曲线;根据不同车速和道路曲率,利用遗传算法优化得到所有典型弯道工况下最优时域参数,将纵向车速和道路曲率反馈引入MPC控制器,设计一种时域参数自适应的MPC路径跟踪控制器。在Carsim/Simulink平台上进行仿真试验,结果表明,自适应MPC控制器可根据不同工况采取合适的时域控制参数,与传统MPC相比,提高了路径跟踪过程中对路面附着系数和道路曲率变化的鲁棒性。

关键词：智能汽车路径跟踪模型预测控制路面附着系数遗传算法