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自动驾驶横纵向控制解析:运用PID和MPC算法追踪五次多项式路径,结合Matlab Simulink及Carsim仿真,含视频...

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简介:
本内容深入探讨了自动驾驶系统中PID与MPC算法在五次多项式路径跟踪中的应用,并通过Matlab Simulink与Carsim进行联合仿真验证。包含详尽教程和操作演示视频。 本段落详细介绍了自动驾驶车辆的横纵向控制方法,采用PID与MPC算法,并结合五次多项式轨迹规划进行跟踪。仿真过程使用了Matlab Simulink 2021a版本及Carsim 2019.0软件。 具体来说,在横向控制中应用了模型预测控制器(MPC),在纵向则采用了双环PID控制系统,这些都基于车辆的二自由度动力学模型进行设计。仿真过程中通过编写S函数实现了对各矩阵的操作,并参考百度Apollo项目中的相应算法来优化控制效果。 最终结果显示出良好的侧向和纵向位移跟踪性能以及较好的车速跟随能力,尽管存在一定的误差但总体上达到了预期目标。此外还提供了一套完整的视频教程帮助初学者理解和掌握相关技术细节及操作步骤。 关键词:自动驾驶、横纵向控制、PID控制、MPC控制、二自由度车辆动力学模型、S函数编写、五次多项式轨迹规划以及Simulink仿真演示运行视频。

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    本课程讲解了利用PID与MPC算法结合,基于车辆二自由度动力学模型进行自动驾驶横向及纵向控制的设计,并通过Matlab Simulink与Carsim软件实现仿真。适合对智能驾驶技术感兴趣的学员学习。 本研究基于车辆二自由度动力学模型探讨了自动驾驶中的横纵向控制策略,并结合PID与MPC算法进行融合设计。通过Matlab Simulink与Carsim仿真平台验证该方案的有效性,其中纵向采用百度Apollo的双环PID控制方法,而横向则参考其MPC控制技术实现。轨迹规划基于五次多项式函数形式。 研究结果表明,在车辆二自由度模型框架下进行S函数编程后,所设计的控制系统在侧向位移和纵向位移跟踪方面表现出良好的效果;同时,对于车速跟随也有不错的性能表现,尽管存在一定的误差。 实验采用的软件版本为Matlab Simulink 2021a与Carsim 2019.0。此外还提供了详细的仿真演示视频教程以帮助初学者理解整个控制策略的设计流程及实现细节,并附有相关参考资料供进一步研究使用。
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    本文深入探讨了运用运动学模型预测控制(MPC)算法实现车辆沿圆形路径精准跟踪的技术,通过集成CarSim与Simulink的仿真平台进行详细测试验证,并提供配套视频教程以支持学习和应用。适合自动驾驶领域研究人员参考使用。 基于运动学MPC算法的圆形路径跟踪控制:使用CarSim与Simulink联合仿真技术及配套视频教程进行详细解析。该研究涉及自动驾驶领域,并利用Carsim 2019和Matlab 2018版本软件实现相关实验。 文中深入探讨了如何通过结合上述工具,基于运动学MPC算法来跟踪圆形路径的控制方法和技术细节。此外还提供了详细的配套视频教程,旨在全面讲解原理及代码实践过程,以便于读者更好地理解和应用这些技术手段进行自动驾驶研究和开发工作。 对于有兴趣尝试自定义路径跟踪需求的研究者或开发者来说,在掌握文中提供的基础知识后可以进一步探索更复杂的应用场景与算法优化策略。
  • 基于MPC,支持定义#MPC #LQR #无人CarsimMPCPID速度跟随...
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    本研究开发了一种基于模型预测控制(MPC)和线性二次型调节器(LQR)相结合的路径跟踪算法,适用于无人驾驶车辆。该算法在CarSim仿真平台上验证了其有效性,通过MPC实现横向精确控制,并使用PID控制策略来调整车速,确保车辆能够准确地沿着自定义路径行驶。 基于模型预测控制(MPC)的路径跟踪算法是无人驾驶领域的一项关键技术,在复杂交通环境中能够实现车辆精确操控。通过预测未来一段时间内系统的动态响应,优化当前时刻的控制输入,从而改善路径跟踪性能。该技术的核心在于满足车辆动力学约束的前提下,解决在线优化问题以实时计算最优控制序列。 在无人驾驶中,有效的路径跟踪系统不仅要遵循预定路线行驶,还需具备应对障碍物或紧急情况的能力,并自动执行变道或避撞操作。MPC控制器因其能够在短时间内预测未来行为并进行调整,特别适合动态变化的环境应用。 路径跟踪算法直接影响到无人驾驶汽车的安全性和舒适性。传统方法如PID控制虽然简单高效,但缺乏对未来状态的预测和规划能力,在复杂道路条件下表现不足。相比之下,MPC技术能够综合考虑多种约束条件(包括车辆的位置、速度、加速度及行驶环境),确保在保持路径精度的同时避免碰撞。 LQR算法是一种用于线性系统最优控制的经典方法,当应用于MPC框架时可以增强局部控制器的稳定性和响应性能。结合使用这两种技术不仅可获得全局优化效果,还能保证良好的局部控制质量。 CARSIM是一款广泛使用的车辆动力学仿真软件,能够模拟各种复杂驾驶条件,并为路径跟踪算法开发提供支持。通过在该软件中进行仿真实验,研究者可以在无风险条件下调试和改进MPC策略。 SIMULINK是MATLAB的一个附加产品,提供了用于多域系统建模、分析及实现的交互式图形环境与定制工具集。借助SIMULINK可以构建包含MPC控制器在内的复杂模型,并通过仿真来评估系统的性能表现。 实际应用中,改良后的MPC控制算法代码需考虑数学模型和实时计算效率问题,以适应更多驾驶场景并提高执行速度和稳定性。相关文档资料涵盖了路径跟踪技术的研究进展、实施挑战及发展趋势等方面的内容,结合图片与文本可以直观理解MPC设计原理及其效果。
  • 技术:PIDMPC的电精准策略
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    本文探讨了在电动车中应用PID与模型预测控制(MPC)相结合的方法,以实现车辆横向及纵向运动的精确操控,提升自动驾驶系统的性能。 在自动驾驶技术的研究中,本段落探讨了一种基于PID与MPC的电动车横向纵向高精度控制策略。其中,在车辆横纵向控制方面,纵向采用PID控制器来调整前轴左右车轮力矩以实现加减速操作;而横向则运用了模型预测控制(MPC)方法。 对于纵向方向上的速度调节,传统的油门刹车标定表中的PID控制器被改进为适用于电动车的版本。它通过精确地控制轮端力矩实现了车辆在纵向方向上的加速与减速功能。 至于横向运动控制,则是基于三自由度车辆动力学模型构建,并假设轮胎工作于线性区间内。结合MPC结构特性,利用状态轨迹法对非线性动力学模型进行线性化处理并离散采样,以实现精确的横向定位控制。车辆参考路径由一系列五次多项式构成的离散点组成。 实验条件设定为车辆初始速度70km/h,并在此条件下评估了系统的性能表现:结果显示在侧向位移跟踪及纵向车速跟随方面均表现出良好的效果,尽管后者存在一定的误差;同时,在质心侧偏角和四个车轮转角控制上也达到了预期目标。整个过程中,控制系统能够连续且稳定地工作。 该研究使用Matlab Simulink 2021a与Carsim 2019.0软件进行仿真验证,并提供了详细的视频演示以帮助初学者理解这一复杂技术的实际应用情况。如有兴趣深入探讨相关细节或寻求更多资源,请通过邮件方式联系作者。
  • PreScan、ROSSimulink实现StanleyMPC).rar
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    本资源提供了一套结合PreScan、ROS与Simulink的框架,用于开发自动驾驶技术中的横向控制策略。采用斯坦利算法及模型预测控制(MPC)方法,助力高效实现智能车辆路径跟踪功能。 1. 资源内容:本资源包含基于PreScan、ROS、Simulink实现的自动驾驶控制算法(横向控制采用Stanley及MPC方法)的相关材料。 2. 适用人群:适合计算机科学、电子信息工程以及数学等专业的学生和学习者,作为参考资料进行参考性学习使用。 3. 解压说明:此资源需要在电脑端通过WinRAR或7zip等解压缩工具来提取文件。如果缺少相应的解压软件,请自行在网上搜索下载安装。 4. 使用声明:本资料仅供“参考资料”之用,并非针对特定需求的定制内容,所提供的代码仅供参考使用,不可直接复制粘贴。该资源可能无法完全满足所有人的具体要求,使用者需要具备一定的编程基础和调试能力来理解、修改及添加相关功能并解决可能出现的问题。鉴于作者目前在大公司工作繁忙,因此不提供答疑服务,请用户自行解决问题,在没有文件缺失的情况下概不负责,感谢您的理解和配合。
  • 基于MatlabMPC代码
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    本项目提供了一种基于Matlab环境下的自动驾驶横向模型预测控制(MPC)算法实现。通过优化路径跟踪性能,该代码为车辆自主导航系统开发提供了有效工具。 根据Apollo开源框架中的MPC算法,将其改写成MATLAB的m函数,用于自动驾驶横向控制的仿真,并指导自动驾驶控制算法的开发。代码注释应清晰易懂。
  • 基于MATLABSimulink规划:NMPC规划MPC非线性线性MPC
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    本研究利用MATLAB和Simulink平台,采用非线性模型预测控制(NMPC)进行路径规划,并运用模型预测控制(MPC)实现路径跟踪,融合了非线性和线性MPC技术,以提升自动驾驶系统的性能。 本段落探讨了使用MATLAB和Simulink进行自动驾驶规划控制的联合仿真技术,包括非线性模型预测控制(NMPC)路径规划与线性模型预测控制(MPC)路径跟踪的方法。通过结合这两种不同的策略,可以有效提升车辆在复杂环境中的自主导航能力。
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    本研究聚焦于开发高效的自动驾驶车辆纵向控制算法,旨在实现精确的速度调节、平稳的加减速以及优化燃油效率,以提升驾驶安全性和乘坐舒适度。 这篇论文探讨了智能驾驶领域中的纵向控制算法,并特别关注卡车类车辆的纵向控制方法。