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基于理想轨迹学习的机械手神经自适应控制

清华大学学报（自然科学版） 1999年第11期39卷 123-126页

作者：孙富春陆文娟朱云岳清华大学计算机科学与技术系智能技术与系统实验室北京100084 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

在机械手鲁棒控制的基础上，讨论了神经网络逼近误差界未知情形下机械手的神经网络直接自适应控制方法，这里神经网络用于补偿系统的不确定性，提高整个系统的跟随性能。提出设计方法的主要特点是神经网络控制器设计采用机械手待跟随的... 详细信息

在机械手鲁棒控制的基础上，讨论了神经网络逼近误差界未知情形下机械手的神经网络直接自适应控制方法，这里神经网络用于补偿系统的不确定性，提高整个系统的跟随性能。提出设计方法的主要特点是神经网络控制器设计采用机械手待跟随的理想关节信号代替实际的机械手关节角、关节速度和关节角加速度作为神经网络的输入，此外神经网络的逼近误差界假设是未知的。给出了具体的系统设计算法，并证明了神经网络学习算法的收敛性和整个系统的全局稳定性。最后，一两连杆机械手的控制器设计仿真实例验证了提出算法的有效性。

关键词：机械手神经网络轨迹跟随控制自适应控制

基于圆曲线最小通过宽度的无轨电车轨迹跟随点选择

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城市轨道交通研究 2024年第1期27卷 33-37页

作者：石俊杰崔涛王铁成徐练季元进黄有培中车唐山机车车辆有限公司唐山063035 同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804

[目的]研究某型三模块虚拟轨道列车轨迹跟随点的选择对车辆道路通过宽度的影响,为循迹控制跟随点的选择提供理论依据。[方法]推导稳态圆曲线车辆的轨迹左右侧偏差量和通过宽度计算公式,讨论满足偏差量相等和最小通过宽度的车辆位姿条件... 详细信息

[目的]研究某型三模块虚拟轨道列车轨迹跟随点的选择对车辆道路通过宽度的影响,为循迹控制跟随点的选择提供理论依据。[方法]推导稳态圆曲线车辆的轨迹左右侧偏差量和通过宽度计算公式,讨论满足偏差量相等和最小通过宽度的车辆位姿条件;建立车辆圆曲线通过模型,仿真分析车辆在不同跟随点工况下的曲线通过性能。[结果及结论]多编组虚拟轨道列车的道路通过宽度是衡量车辆通过性的重要指标;选择车辆铰接点为循迹控制轨迹跟随点,可使车辆的通过宽度指标最优。

关键词：虚拟轨道列车轨迹跟随控制通过宽度跟随点

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狭小空间蛇形臂机器人轨迹规划与控制研究

狭小空间蛇形臂机器人轨迹规划与控制研究

作者：覃培烊湖南大学

学位级别：硕士

随着核电工业领域的蓬勃发展,行业会面临着核设施检修、核乏燃料后处理、核机组老龄化、核设施退役等问题。非结构化且内部狭窄的热室是核电工业领域的基础核设施,也是这些问题的高发区。此外,操作人员不能在具有高辐射的热室内工作,因... 详细信息

随着核电工业领域的蓬勃发展,行业会面临着核设施检修、核乏燃料后处理、核机组老龄化、核设施退役等问题。非结构化且内部狭窄的热室是核电工业领域的基础核设施,也是这些问题的高发区。此外,操作人员不能在具有高辐射的热室内工作,因此需要借助机器人完成热室内的作业任务。针对非结构化且狭窄的特殊核设施热室,本文设计了一款长径比大且自由度多的蛇形臂机器人,并对蛇形臂机器人的避障路径规划和轨迹跟随控制进行了深入研究,该研究对实际工程有着较大的指导和应用价值。首先,针对作业空间狭窄复杂的热室,确定了蛇形臂机器人的作业任务要求和性能指标,根据作业任务要求和性能指标,设计了机械系统方案,该方案提高了机器人的灵活性、可拆装性、可靠性。随后确定了蛇形臂机器人的控制流程,基于蛇形臂机器人的控制流程,开展了蛇形臂机器人的控制系统设计工作,在软件设计上,引入了Web GL技术,实现了蛇形臂机器人的可视化运动仿真。其次,基于蛇形臂机器人的结构和运动特性,推导了机器人连杆间齐次坐标变换,基于标准的DH法,建立了机器人系统的坐标系,之后对关节空间与任务空间两者之间、关节空间与驱动空间两者之间、控制空间与驱动空间两者之间的正逆运动学建立了一一对应的映射关系。随后基于蛇形臂机器人的运动特性、性能指标和蒙特卡洛法,分析了蛇形臂机器人的可达工作空间。然后,采用栅格地图的表示方法对热室场景进行了地图的构建和障碍物小膨胀处理。针对热室的狭窄复杂性和传统混合A*算法存在的问题,提出了一种改进且符合蛇形臂机器人运动学约束的混合A*避障路径规划算法,该算法是在传统混合A*算法的原有算法框架上进行了改进,采用了基于状态空间的扇形式节点拓展方式,在总代价函数引入了距离场,该距离场实现了路径规划的避障判断。针对轨迹跟随运动控制,提出了一种基于分区杆长的轨迹跟随运动控制算法,并进行典型轨迹的跟随控制仿真实验,验证了轨迹跟随运动控制算法的可行性。随后进行了基于应用场景的运动规划仿真分析,首先采用改进混合A*算法进行了应用场景的避障路径规划,之后采用四阶三次B样条曲线进行了避障路径的优化,最后采用轨迹跟随控制算法完成了蛇形臂机器人在应用场景中的避障作业任务。最后,设计了蛇形臂机器人的同步运动控制程序,并开展了蛇形臂机器人的运动控制实验,实验表明以上开展的工作能够使蛇形臂机器人完成作业任务。

关键词：蛇形臂机器人避障路径规划轨迹跟随控制改进混合A~*算法

基于安全时距的自动驾驶车辆紧急避障辅助决策算法研究

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基于安全时距的自动驾驶车辆紧急避障辅助决策算法研究

作者：李鹤吉林大学

学位级别：硕士

近年来,随着智能驾驶汽车的迅速发展,人们对于汽车安全性有了更高的要求。目前,大多数避障辅助系统通过预警和纵向制动而很少采用转向方式来躲避障碍,这种做法在车速较快的场景下效果较差,同时也会对交通利用率造成一定的损失。为此,本... 详细信息

近年来,随着智能驾驶汽车的迅速发展,人们对于汽车安全性有了更高的要求。目前,大多数避障辅助系统通过预警和纵向制动而很少采用转向方式来躲避障碍,这种做法在车速较快的场景下效果较差,同时也会对交通利用率造成一定的损失。为此,本文研究了基于安全时距的自动驾驶车辆紧急避障辅助决策算法。首先,设计了紧急避障辅助系统的功能架构,包括环境感知、决策规划和协同控制等环节,并对各环节之间的信息交互做了简要阐述。在对紧急避障场景分析的基础上,一方面将紧急场景抽象为典型实验,用于后续研究的标准化;另一方面由于车速会影响避障极限距离,本文使用安全时距替代距离,简化了车速变化给问题带来的复杂性,设计了基于安全时距阈值的避障驾驶行为决策逻辑。出于交通法规和安全性的考虑,设计了基于转向盘力矩的驾驶员接管转向策略,实现了人机共驾与避障辅助的应用背景。其次,为了能够安全、平稳的实现紧急转向避障,在分析了多种轨迹规划方法后,鉴于多项式方法具有曲率连续、灵活等特点,本文采用多项式作为紧急转向避障的轨迹规划方法。通过建立多项式轨迹模型,在紧急避障辅助系统执行的有限时域内,对障碍车和周围交通车未来一段时间内的运动状态进行建模。以前、后车的安全时距作为纵向约束条件,以道路宽度和车道线边界作为横向约束条件,利用二次规划方法得到最优的多项式参数。因此,本文设计的轨迹规划算法在保证了避障安全性的基础上也提高了驾驶员的舒适性。然后,针对轨迹规划算法的特点,将控制算法解耦并设计了横向位移控制方案和纵向速度控制方案。基于模型预测的横向位移控制将轨迹跟随问题转化成带约束的优化问题,决策出控制变量序列并输出给EPS实现转向行为;以车辆模型和期望轨迹计算得到前馈控制量,以当前横向位移偏差和航向角偏差得到反馈控制量,最终建立了基于前馈-反馈的横向位移跟踪控制器;纵向速度控制利用期望车速和实际车速的差异,通过PI控制决策出期望加速度。同时,对提出的多项式轨迹进行了仿真验证,并对比了两种横向控制算法。最后,搭建了SCANe R/Simulink联合仿真模型,针对设计的两种典型场景,进行了紧急避障决策算法的仿真测试,实验结果表明:当制动无法避免碰撞时,紧急避障系统可以通过转向完成对障碍物的躲避。同时,利用搭建的实车测试平台,以触发换道的形式验证了紧急避障系统在一般场景下的有效性,也验证了基于多项式的轨迹规划算法和基于前馈-反馈的横向位移跟随控制算法的的适应性。

关键词：安全时距紧急避障辅助转向避障轨迹跟随控制

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汽车快速行驶换道场景分析与决策方法研究

汽车快速行驶换道场景分析与决策方法研究

作者：李斌吉林大学

学位级别：硕士

随着自动驾驶汽车的快速发展以及其广阔的应用场景,使得对于智能驾驶技术的性能有了更高的要求,行为决策系统作为其中的关键组成部分就显得尤为重要。考虑到现阶段量产的智能辅助驾驶汽车主要为车道内的动作,其尚未涉及到汽车换道的决... 详细信息

随着自动驾驶汽车的快速发展以及其广阔的应用场景,使得对于智能驾驶技术的性能有了更高的要求,行为决策系统作为其中的关键组成部分就显得尤为重要。考虑到现阶段量产的智能辅助驾驶汽车主要为车道内的动作,其尚未涉及到汽车换道的决策。为此,本文主要研究了在汽车快速行驶时换道场景的分析与决策,以现有传感器提供的信息为基础设计了换道场景分析模型,包括交通信息分类、交通信息预处理和换道意图产生;并在考虑舒适性和安全性的前提下设计了换道决策,包括换道轨迹规划、安全性检测和交通车换道意图识别;最后根据规划出的换道轨迹和期望车速设计了轨迹跟随的控制量决策算法和纵向车速控制。在进行换道场景分析时,面对传感器给出大量交通场景信息,首先运用交通信息分类模型,对所有的信息进行分类并提出了不同交通参与物所需求的运动及位置信息,然而上述部分信息无法通过传感器直接获得,进而设计了交通信息预处理模型,对传感器信息进行处理,记录下交通车辆的历史轨迹并划分了行驶区域。并利用处理后的信息,筛选和分析出了可能产生换道意图的场景,然后对不同的场景设计了其对应的换道意图产生方法,同时对其进行了仿真验证其意图产生的合理性。为了实现该换道意图,本文设计了换道决策算法。首先考虑了换道过程中驾驶员的舒适性,以纵向加速度和横向加速度的峰值为约束条件,运用多项式的规划方法,规划了换道轨迹;然后对该轨迹进行了安全性检测,该检测主要通过计算本车与交通车的纵向安全距离判断换道轨迹是否安全;同时利用隐马尔可夫模型对交通车的换道意图进行识别,对交通车建立车道保持、向左换道和向右换道等三种换道行为的子模型,并比较各个模型对同一观测序列的匹配度,匹配度高的为该观测序列对应的换道行为。为了实现车辆跟随换道轨迹和期望车速,设计了基于模型预测控制的换道轨迹跟随模型和纵向车速控制模型,首先建立了车辆动力学模型用来描述车辆的运动规律,利用该模型描述了滚动时域优化问题,将轨迹跟随问题转化为了带约束的优化问题;同时对其进行了希尔德雷恩二次规划算法的快速求解预期控制变量的最佳序列,将该控制变量序列输出给EPS来实现换道行为。纵向车速控制模型用期望车速和实际车速,通过PI控制决策出施加在车辆上的期望加速度。然后对本文提出的轨迹跟随算法进行了两种道路工况下的仿真验证,证明了其具有良好的跟随效果。由于在进行虚拟交通场景搭建时,如何确定交通车的运动规律成为了关键。因此本文搭建了实车试验平台用于采集实际道路的交通场景信息,并对该信息进行了滤波处理,然后在SCANeR软件中利用该数据建立能够反映真实交通的虚拟场景,进而对本文提出的算法进行了软件仿真,仿真结果表明:在典型的换道场景下,算法能够有效的对换道意图场景进行分析,并且可以决策出舒适安全地换道轨迹,同时能够准确的控制车辆跟随换道轨迹完成换道行为。

关键词：换道场景分析换道决策交通车换道意图识别轨迹跟随控制