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驾驶机器人车辆横向轨迹跟踪的改进模型预测控制

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机械科学与技术 2023年

作者：王韬惠怡静张庆余赵磊牛文铁天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室中汽数据(天津)有限公司中发联投资有限公司

为实现较高速行驶情况下驾驶机器人驾驶车辆进行横向轨迹跟踪，设计了一种基于动态杂交粒子群算法求解的非线性模型预测控制器。首先简化转向机器人与车辆转向系统，建立车辆动力学模型。其次应用双参数精确罚函数法将非线性有约束优化... 详细信息

为实现较高速行驶情况下驾驶机器人驾驶车辆进行横向轨迹跟踪，设计了一种基于动态杂交粒子群算法求解的非线性模型预测控制器。首先简化转向机器人与车辆转向系统，建立车辆动力学模型。其次应用双参数精确罚函数法将非线性有约束优化函数转换为非线性无约束优化函数。在此基础上，将驾驶机器人作为下层控制器，应用动态杂交粒子群算法对优化函数进行求解。最后，基于Simulink/CarSim和RT-LAB硬件仿真，验证了改进的模型预测控制器具有较高的跟踪精度和行驶平稳性。

关键词：模型预测控制驾驶机器人轨迹跟踪控制粒子群算法

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驾驶机器人纵横向操纵协调控制方法

机械工程学报 2021年第11期57卷 165-176页

作者：陈刚顾爱博王良模李旭张为公南京理工大学机械工程学院南京210094 东南大学仪器科学与工程学院南京210096

为了实现对驾驶机器人的精确控制,提出了一种驾驶机器人纵横向操纵协调控制方法。首先通过分析系统结构,建立了驾驶机器人纵横向操纵耦合动力学模型。然后分析驾驶机器人纵横向操纵协调控制策略。在此基础上,设计加速和制动操纵模糊滑... 详细信息

为了实现对驾驶机器人的精确控制,提出了一种驾驶机器人纵横向操纵协调控制方法。首先通过分析系统结构,建立了驾驶机器人纵横向操纵耦合动力学模型。然后分析驾驶机器人纵横向操纵协调控制策略。在此基础上,设计加速和制动操纵模糊滑模控制器以及转向操纵鲁棒反演控制器分别用于精确稳定地控制驾驶机器人对试验车辆的纵横向操纵。仿真及试验结果表明,提出的方法能够精确稳定地控制驾驶机器人操纵试验车辆,避免加速与制动的频繁切换,并能对纵横向操纵进行有效的协调控制。

关键词：驾驶机器人纵横向操纵协调控制模糊滑模鲁棒反演

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驾驶机器人车辆的多模式切换控制

汽车工程 2018年第10期40卷 1215-1222页

作者：吴俊陈刚南京理工大学机械工程学院南京210094

为实现不同驾驶工况下精确的车速与轨迹跟踪,提出了一种驾驶机器人车辆多模式切换控制方法。通过分析驾驶机器人操纵自动挡车辆踏板与转向盘的运动,建立了驾驶机器人加速与制动机械腿和转向机械手的运动学模型和车辆纵横向动力学模型。... 详细信息

为实现不同驾驶工况下精确的车速与轨迹跟踪,提出了一种驾驶机器人车辆多模式切换控制方法。通过分析驾驶机器人操纵自动挡车辆踏板与转向盘的运动,建立了驾驶机器人加速与制动机械腿和转向机械手的运动学模型和车辆纵横向动力学模型。在此基础上,设计了加速/制动机械腿切换控制器、模糊PID/模糊PID+Bang-Bang车速切换控制器和模糊PID/模糊PID+Bang-Bang转向切换控制器。加速/制动机械腿切换控制器以目标车辆加速度为切换规则,协调控制加速和制动机械腿,车速切换控制器以车速误差作为Bang-Bang控制器的模式决策准则和模糊PID控制器的输入,转向切换控制器以轨迹跟踪侧向误差作为Bang-Bang控制器的模式决策输入,并以当前与下一个控制时刻横摆角速度之差作为模糊PID控制器的输入。仿真和试验结果验证了所提出方法的有效性。

关键词：汽车驾驶机器人车速跟踪轨迹跟踪多模式切换控制

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驾驶机器人纵向操纵的自适应模型预测控制

重庆理工大学学报（自然科学） 2022年第1期36卷 113-119页

作者：曾小杰陈刚王陶王良模南京理工大学机械工程学院南京210094

为减小道路阻力变化对驾驶机器人纵向操纵的影响,提出了驾驶机器人纵向操纵的自适应模型预测控制方法。建立了不同操纵模式驾驶机器人车辆耦合模型,基于耦合模型设计了模型预测控制器和模式切换控制器,并采用带遗忘因子的递推最小二乘... 详细信息

为减小道路阻力变化对驾驶机器人纵向操纵的影响,提出了驾驶机器人纵向操纵的自适应模型预测控制方法。建立了不同操纵模式驾驶机器人车辆耦合模型,基于耦合模型设计了模型预测控制器和模式切换控制器,并采用带遗忘因子的递推最小二乘算法设计道路滚阻系数估计器。通过仿真与试验得出,该控制方法能抵抗道路滚阻系数扰动带来的影响,纵向车速跟踪误差在±2 km/h,实现了精准驾驶机器人纵向操纵。

关键词：驾驶机器人自适应模型预测控制纵向操纵车速跟踪

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驾驶机器人可视化无线遥控系统设计与实现

控制工程 2017年第S1期24卷 1-7页

作者：蒋成明廖明赵杰陈波朱经纬解放军陆军工程大学野战工程学院南京210000 安徽省工商行政管理信息中心合肥230001

基于嵌入式系统与DSP技术,设计实现了一种用于非侵入式安装的工程机械驾驶机器人的可视化无线遥控系统。从总体方案、硬件电路和控制算法三方面进行了详细设计;利用TMS320F2812的高速运算能力和高效的电机控制外设,单芯片实现了9轴电机... 详细信息

基于嵌入式系统与DSP技术,设计实现了一种用于非侵入式安装的工程机械驾驶机器人的可视化无线遥控系统。从总体方案、硬件电路和控制算法三方面进行了详细设计;利用TMS320F2812的高速运算能力和高效的电机控制外设,单芯片实现了9轴电机驱动;针对无线遥控可能产生的控制时延问题,对控制算法采取了相应优化措施,实现了遥控端操纵动作与现场车辆动作间的延时小于15 ms的控制性能。

关键词：驾驶机器人遥控运动控制步进电机数字信号处理器

融合自适应曲线预瞄的驾驶机器人转向操纵粒子群优化滑模控制

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西安交通大学学报 2021年第3期55卷 175-185页

作者：蒋一辰陈刚南京理工大学机械工程学院南京210094

为提高不同工况下驾驶机器人操纵试验车辆的转向精度和自适应能力,提出了一种基于自适应曲线预瞄的驾驶机器人转向操纵粒子群优化滑模控制方法。首先建立了试验车辆动力学模型和驾驶机器人转向机械手动力学模型,并构建了驾驶机器人转向... 详细信息

为提高不同工况下驾驶机器人操纵试验车辆的转向精度和自适应能力,提出了一种基于自适应曲线预瞄的驾驶机器人转向操纵粒子群优化滑模控制方法。首先建立了试验车辆动力学模型和驾驶机器人转向机械手动力学模型,并构建了驾驶机器人转向操纵试验车辆的集成系统动力学模型,接着研究了一种融合路径曲率和车速的驾驶机器人转向操纵自适应曲线预瞄方法,其预瞄点位置能够根据车速和路径曲率做出自适应调整。在此基础上,设计了用于驾驶机器人转向操纵的粒子群优化滑模控制器,并进行了稳定性分析,同时利用粒子群算法在线优化滑模控制切换项的反馈增益系数,以减小控制抖振。仿真及试验结果表明,所提出的方法能够在不同工况下根据路径曲率和车速做出自适应调整,实现驾驶机器人操纵车辆的精确转向控制。

关键词：驾驶机器人转向控制自适应曲线预瞄滑模控制粒子群优化

驾驶机器人操纵机构性能分析及参数多目标智能优化

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驾驶机器人操纵机构性能分析及参数多目标智能优化

作者：陈守宝南京理工大学

学位级别：硕士

驾驶机器人是一种用来替代人类驾驶员实现自动驾驶功能的机器人。由于无需对车辆进行重大改装,驾驶机器人就可以将普通车辆转变为自动驾驶车辆,因此其相关技术可广泛应用于汽车试验、自动驾驶汽车等领域。本文在课题组对驾驶机器人操纵... 详细信息

驾驶机器人是一种用来替代人类驾驶员实现自动驾驶功能的机器人。由于无需对车辆进行重大改装,驾驶机器人就可以将普通车辆转变为自动驾驶车辆,因此其相关技术可广泛应用于汽车试验、自动驾驶汽车等领域。本文在课题组对驾驶机器人操纵机构结构设计的基础上,针对驾驶机器人操纵机构的性能分析及参数多目标智能优化等方面内容进行了研究。首先,分析了驾驶机器人操纵机构的组成和工作原理。根据驾驶机器人各操纵机构的结构特点,建立了各机构的运动学模型,分析了机构末端与机构主动关节位置、速度及加速度随时间的变化关系,并进行了各操纵机构的奇异性分析和任务工作空间分析。接着,使用拉格朗日方法建立了驾驶机器人各操纵机构的动力学模型,分析了机构末端速度、加速度以及负载力对主动关节驱动力的影响,并通过数值模拟计算和虚拟样机仿真对比分析验证了驾驶机器人操纵机构动力学模型的有效性。然后,在运动学分析和动力学建模的基础上,分别定义了驾驶机器人各操纵机构的运动学及动力学的局部和全域性能评价指标,并基于性能指标分析了各操纵机构在任务工作空间内的机构性能。最后,将驾驶机器人操纵机构的全域性能指标作为目标函数,建立了驾驶机器人操纵机构的多目标优化模型,并提出了一种基于遗传算法和种群多样性概念改进的自适应遗传算法对驾驶机器人操纵机构优化模型进行求解。优化结果分析和验证表明,驾驶机器人操纵机构的机构综合性能有较大程度提高。

关键词：驾驶机器人操纵机构性能分析智能优化算法多目标优化

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拖拉机驾驶机器人换挡机械手运动分析

农业机械学报 2016年第1期47卷 37-44页

作者：卢伟陈浩王玲赵贤林章永年南京农业大学工学院南京210031 远程测控技术江苏省重点实验室南京210096

针对小型四轮农用拖拉机变速箱换挡阻力呈现时变、非线性特性,且换挡后需要松开换挡杆的特殊要求,设计了拖拉机驾驶机器人换挡机械手,该机械手为关节型结构,采用D-H方法建立机械手坐标变换矩阵,对机械手进行运动学分析,并通过拉格朗日... 详细信息

针对小型四轮农用拖拉机变速箱换挡阻力呈现时变、非线性特性,且换挡后需要松开换挡杆的特殊要求,设计了拖拉机驾驶机器人换挡机械手,该机械手为关节型结构,采用D-H方法建立机械手坐标变换矩阵,对机械手进行运动学分析,并通过拉格朗日动力学方程建立简化机械手的动力学模型。利用Solid Works建立换挡机械手虚拟样机模型,并采用多体动力学仿真软件ADAMS进行运动学和动力学仿真;为保证换挡平顺性,设置机械手末端执行器与拖拉机变速杆端部间位移小于50 mm为约束条件,将换挡过程中末端执行器抖动速度绝对值最小作为目标函数进行参数优化,当换挡机械手长度为220.0 mm、末端高度为393.25 mm时目标函数最优,此时机械手末端执行器抖动速度平均值较优化前减小28.18%,位移和加速度平均值变化率分别为49.55%和52.05%,位移、速度和加速度的峰值变化率分别为60.22%、66.24%和81.66%,通过仿真初步验证了所提机械手参数优化及所建模型的合理性和科学性。最后,在JINMA 300E型拖拉机上对优化后的换挡机械手进行实验研究,实验结果表明机械手可实现不同挡位的换挡动作,平顺性好,并可模拟拖拉机驾驶员换挡完成后对变速杆的松手动作,有良好的工程和应用价值。

关键词：拖拉机驾驶机器人换挡运动仿真参数优化

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驾驶机器人机械腿动力学建模与仿真分析

北京航空航天大学学报 2016年第8期42卷 1709-1714页

作者：刘坤明徐国艳余贵珍北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100083

为提高驾驶机器人的设计效率,对机器人的机械腿进行了动力学分析与建模,并建立了机器人驾驶车辆的联合仿真模型。机械腿动力学模型由机械结构和伺服电机两部分组成,其仿真模型由ADAMS和MATLAB/Simulink软件共同建立,在此基础上引入Car ... 详细信息

为提高驾驶机器人的设计效率,对机器人的机械腿进行了动力学分析与建模,并建立了机器人驾驶车辆的联合仿真模型。机械腿动力学模型由机械结构和伺服电机两部分组成,其仿真模型由ADAMS和MATLAB/Simulink软件共同建立,在此基础上引入Car Sim软件建立车辆模型,并以Simulink为平台建立了基于闭环速度控制的"驾驶机器人-车辆"联合仿真模型。仿真结果表明,驾驶机器人机械腿的动力学模型具有良好的动态响应特性,且所搭建的联合仿真模型能够完成基本的车速跟踪仿真实验,为下一步改进驾驶机器人的机械结构及控制策略提供了虚拟样机模型。

关键词：驾驶机器人车辆联合仿真动力学模型虚拟样机