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基于MPC-MFAC的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制

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兵工学报 2023年第1期44卷 129-139页

作者：唐泽月刘海鸥薛明轩陈慧岩龚小杰陶俊峰北京理工大学机械与车辆学院北京100081

简化模型带来的模型失配以及外部环境不确定性是导致轨迹跟踪误差的主要原因,尤其对于无人履带车辆,其复杂的物理特性和工作环境更放大了两大因素的不利影响。针对该问题,将基于模型和基于数据的控制方法结合起来,提出一种基于模型预测... 详细信息

简化模型带来的模型失配以及外部环境不确定性是导致轨迹跟踪误差的主要原因,尤其对于无人履带车辆,其复杂的物理特性和工作环境更放大了两大因素的不利影响。针对该问题,将基于模型和基于数据的控制方法结合起来,提出一种基于模型预测控制结合无模型自适应控制补偿的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制方法。在平衡建模准确度和求解耗时的基础上,利用模型预测控制进行前馈求解。针对模型预测控制中简化模型与车辆实际模型之间必然存在的差异以及环境不确定性,基于动态跟踪效果构建无模型自适应控制算法进行补偿,即利用车辆实际轨迹与模型预测所得轨迹之间的误差,对模型预测控制求解的两侧履带速度控制量进行实时修正。仿真实验结果表明,该方法能够在一定程度上抑制系统内外部不确定因素的影响,提高动态环境下双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制的精度。

关键词：无人履带车辆模型预测控制无模型自适应控制改进粒子群优化算法轨迹跟踪控制

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基于可通行度估计的无人履带车辆路径规划

兵工学报 2023年第11期44卷 3320-3332页

作者：陶俊峰刘海鸥关海杰陈慧岩臧政北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院山东济南250000

针对现有路径规划方法对地形特征考虑不足的问题,以无人履带车辆为研究对象,提出一种基于可通行度估计的路径规划方法。基于卷积长短期记忆(Conv LSTM)网络,从连续轨迹上提取激光雷达点云的空间特征和时间关联特征,融合车辆运动特征,估... 详细信息

针对现有路径规划方法对地形特征考虑不足的问题,以无人履带车辆为研究对象,提出一种基于可通行度估计的路径规划方法。基于卷积长短期记忆(Conv LSTM)网络,从连续轨迹上提取激光雷达点云的空间特征和时间关联特征,融合车辆运动特征,估计地形可通行度。基于地形可通行度,改进A算法的节点扩展方式和代价函数,输出满足无碰撞约束和低可通行代价的离散路点;使用无梯度迭代平滑算法减小路径松弛度和可通行度代价;再使用三次B样条曲线对离散路径进行拟合,输出平滑参考路径。以参考路径建立Frenet坐标系,构建基于可通行度代价的安全走廊,在满足无碰撞约束、低可通行度代价的前提下,在走廊内生成满足车辆运动学约束的平滑路径。试验结果表明,所提出的方法能够充分考虑地形特征,提升路径规划结果的稳定性和可通行性。

关键词：无人履带车辆可通行度估计路径规划改进A算法二次规划

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基于分层2.5D地图的无人履带车辆路径规划

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北京理工大学学报 2024年第8期44卷 771-779页

作者：刘海鸥薛明轩关海杰陶俊峰陈慧岩北京理工大学机械与车辆学院北京100081

针对越野环境地形下无人履带车辆难以安全、高效规划出一条可通行路径的问题,提出一种考虑地形特征、障碍物以及车辆运动特性的分层式路径规划算法.算法先通过三维参考路径规划模块改进A*算法节点扩展方式,使用无梯度迭代平滑算法、B样... 详细信息

针对越野环境地形下无人履带车辆难以安全、高效规划出一条可通行路径的问题,提出一种考虑地形特征、障碍物以及车辆运动特性的分层式路径规划算法.算法先通过三维参考路径规划模块改进A*算法节点扩展方式,使用无梯度迭代平滑算法、B样条曲线拟合得到平滑参考路径;然后在多阶段状态空间采样模块中采用自适应采样策略生成候选路径集,采用贪婪策略选出最优路径.试验结果表明,所提方法在越野环境中的规划结果既保证了可行性、稳定性、实时性,又在稳定车辆姿态上具有优势.

关键词：分层地图无人履带车辆分层路径规划导航

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分布式电驱动无人高速履带车辆越野环境轨迹预测方法研究

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兵工学报 2019年第4期40卷 680-688页

作者：赵梓烨刘海鸥陈慧岩北京理工大学机械与车辆学院北京100081

越野环境下,无人车辆轨迹预测是车辆轨迹跟踪和精确导航的核心模块,预测误差将直接影响无人车辆行驶任务完成的准确程度。为实现速差转向式履带车辆在复杂越野环境下无人行驶轨迹准确预测的目的,搭建了分布式电驱动无人履带车辆系统,实... 详细信息

越野环境下,无人车辆轨迹预测是车辆轨迹跟踪和精确导航的核心模块,预测误差将直接影响无人车辆行驶任务完成的准确程度。为实现速差转向式履带车辆在复杂越野环境下无人行驶轨迹准确预测的目的,搭建了分布式电驱动无人履带车辆系统,实现了车辆动态过程中的无人系统数据和车辆底层状态数据的同步采集。建立了速差转向车辆运动学模型,分析了履带车辆滑动转向特性。分别采用扩展卡尔曼滤波(EKF)方法和Levenberg-Marquardt方法对转向过程中的滑动参数进行估计,并完成了车辆轨迹预测。基于真实越野环境下的实车数据进行了验证。试验结果表明:相比于履带车辆理想预测模型,所采用的两种轨迹预测方法都大幅降低了车辆轨迹预测误差;对误差均值而言,EKF方法预测轨迹优于Levenberg-Marquardt方法;对误差标准差而言,后者优于前者,且随着转向程度的增加而增大。

关键词：无人履带车辆轨迹预测越野环境转向程度统计分析

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基于无人驾驶的双流传动履带车辆的静液转向系统研究

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基于无人驾驶的双流传动履带车辆的静液转向系统研究

作者：郭毅北京理工大学

学位级别：硕士

随着无人驾驶技术的不断发展和进步,无人驾驶履带车辆逐渐成为世界各国履带车辆发展的重点之一。由于履带车辆的转向机构种类和传动方式较多,对于无人履带车辆的横、纵向运动控制的研究,尤其对于自主转向系统的研究一直是履带车辆无人... 详细信息

随着无人驾驶技术的不断发展和进步,无人驾驶履带车辆逐渐成为世界各国履带车辆发展的重点之一。由于履带车辆的转向机构种类和传动方式较多,对于无人履带车辆的横、纵向运动控制的研究,尤其对于自主转向系统的研究一直是履带车辆无人驾驶技术研究的重点和难点。针对某双流传动履带车辆的静液转向系统,本课题开展为满足自动转向需求的静液转向系统无人化改造方案研究。无人驾驶履带车辆的转向过程完全由转向控制系统实现:转向控制系统的转向控制策略根据无人驾驶系统期望的转向目标和车辆的行驶状态制定转向控制指令;转向过程中为了适应复杂地形环境的转向需求,通过具有自适应的BP神经网络PID控制算法对转向控制指令进行实时修正、消除转向误差,使车辆在转向过程中达到最优的转向性能。课题的研究对于实现履带车辆无人驾驶转向自动控制、提高车辆的转向性能和复杂地形环境的适应性有重要意义。首先,分析了履带车辆静液转向及双流传动的运动学特性和双流传动性能,根据实车行驶试验数据分析得到双流传动的直驶特性参数,评价了表征履带车辆双流传动功率耦合性能的指标,为研究直驶特性对转向性能的影响提供支持。其次,为了满足无人驾驶转向控制的需求,提出线控化的静液转向系统改造方案,并设计了转向控制系统。利用电控变量泵排量随控制信号线性变化的特性,实现静液转向系统线控化的目标。设计了线控化的转向控制系统,由转向控制器实现指令接收、状态反馈及在线修正参数的功能。根据履带车辆双流传动的数学模型,搭建静液转向系统的MATLAB/Simulink仿真模型,为无人驾驶的转向控制策略研究奠定基础。最后,针对以上无人驾驶的线控化转向控制系统,设计了车辆自动转向的控制策略。通过仿真分析结合实车直驶参数,标定了无人驾驶系统的期望转向目标和转向控制参数的关系,制定了转向控制参数表,转向控制策略根据控制参数表来制定控制指令。转向控制策略利用基于BP神经网络的PID控制算法非线性逼近、鲁棒性强的特点在线调整转向控制指令。利用S-函数建立了控制算法的仿真模型,结合静液转向仿真模型,对课题设计的转向控制策略进行仿真分析,仿真结果表明,采用基于BP神经网络PID控制算法的控制策略,满足履带车辆不同工况转向性能的要求。

关键词：无人履带车辆双流传动静液转向系统转向控制策略

某无人驾驶履带车辆发动机智能位置式控制技术研究

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某无人驾驶履带车辆发动机智能位置式控制技术研究

作者：王灿宇北京理工大学

学位级别：硕士

本文以某国防预研项目为依托,以某型履带车辆为研究对象,针对未来无人履带平台技术发展方向,发挥现役装备的效能,开展履带车辆无人化改造关键技术研究,主要依托现役履带车辆平台传统机械调速柴油发动机,对其进行电控化改造的分析、设计... 详细信息

本文以某国防预研项目为依托,以某型履带车辆为研究对象,针对未来无人履带平台技术发展方向,发挥现役装备的效能,开展履带车辆无人化改造关键技术研究,主要依托现役履带车辆平台传统机械调速柴油发动机,对其进行电控化改造的分析、设计与应用。本文对某型履带车辆平台的动力传动系统进行完整的分析。以实现车辆底层线控化为目标,对其发动机油量供给机构、离合器执行机构、变速箱选换挡机构、转向操纵机构的原有操纵部分进行了拆除和电控化改造,实现整车动力传动一体化纵横向控制。针对履带车辆平台的发动机原有机械式调速器控制原理,根据无人化控制的需要,设计了基于飞思卡尔MPC5644单片机的柴油机电控系统,设计内容包括单片机最小系统,频率量处理电路,模拟量处理电路,通信电路等硬件电路。另外根据无人履带车辆对于柴油机稳定转速的需求,设计了基于转速闭环和执行器齿杆位移闭环的双闭环控制系统。控制策略采用增量式PID闭环控制策略,实现了齿杆位置的精确控制与柴油机转速的稳定控制。本文另外以发动机转速闭环控制为基础,根据车辆在无人驾驶条件下的实际运行工况,搭建了无人驾驶履带车辆电控机械变速箱系统无人化接口,并根据系统需求设计换挡过程发动机匹配调速控制策略。根据发动机调速特性,提出了无人履带平台基于路面信息的纵向与横向速度跟随控制方法。本文最后搭建了位置式电控发动机试验台架,完成了位置式发动机调速系统的参数调整,并初步验证了发动机控制系统的调速性能。基于VB语言设计了数据采集调试软件,在实车平台上进行了动力传动一体化试验,验证了换挡过程发动机主动匹配控制策略满足车辆的使用需求。最后通过遥控驾驶仪初步验证了基于路面信息的纵横向速度跟随控制方法。

关键词：无人履带车辆柴油机位置式控制动力传动一体化