使用自适应模型预测控制器模拟路径跟踪控制
模型预测控制工具箱/自动驾驶
的航迹跟踪控制系统block模拟路径跟踪控制(PFC)系统,该系统使ego车辆沿着直线或弯道的中心行驶,同时跟踪设定的速度并与前车保持安全距离。为此,控制器同时调整ego车辆的纵向加速度和前转向角。块计算最优控制行动,同时满足安全距离、速度、加速度和转向角约束使用自适应模型预测控制(MPC)。
此块结合的能力车道保持辅助系统和自适应巡航控制系统块插入到单个控制器中。
要自定义您的控制器,例如利用先进的MPC功能或修改控制器的初始条件,点击创建PFC子系统。
集速度
- 自主车辆速度设定值在米自主车辆速度设定点/秒。当不存在前方车辆时,控制器跟踪该速度。
时间差距
-安全间隔时间引导车和自我车之间的安全时间间隔(以秒为单位)。该时间间隔用于计算距离约束下的最小安全度。有关更多信息,请参见安全距离。
相对距离
-引导车辆与自我车辆之间的距离距离在引线车辆和自我车辆之间米。为了计算该信号,减去从最前头车辆位置的自身车辆位置。
相对速度
-引导车辆和自我车辆之间的速度差异领先车辆和自我车辆之间的速度差(米/秒)。要计算这个信号,从领先车辆速度中减去自我车辆速度。
纵向速度
-自我车辆速度在米自主车辆速度/秒。
曲率
- 道路曲率道路曲率,指定为1 /R,其中R在米的曲线半径。
道路曲率是:
当朝正Y的道路曲线轴全局坐标系的正面。
当朝负Y的道路曲线轴全局坐标系的负。
零代表直线。
该控制器将路面曲率建模为带有预览的测量扰动。你可以指定曲率为a:
标量信号——指定当前控制区间的曲率。控制器使用该曲率值跨预测层。
与长度矢量信号小于或等于该预测范围- 指定跨越预测地平线当前和预测的曲率值。如果向量的长度小于预测范围,则所述控制器使用在用于预测范围的剩余部分的载体的最终曲率值。
横向偏差
- 自主车辆横向偏离车辆横向偏离车道中心线的米数。
相对偏航角
-车道中心线的角度自身车辆纵向轴线的角度在从车道的中心线弧度。
纵向加速度最小
- 最少自主车辆加速度最小自我车辆纵向加速度约束m/s2。当最小加速度在运行时改变使用该输入端口。
要启用该端口,请选择使用外部电源为了纵向加速度最小参数。
最大纵向加速度
- 最大的自我车辆加速最大自我车辆纵向加速度约束m/s2。当最大加速度在运行时发生变化时,使用此输入端口。
要启用该端口,请选择使用外部电源为了最大纵向加速度参数。
最小转向角
-最小前转向角最小前转向角约束弧度。当最小转向角在运行时发生变化时,使用此输入端口。
要启用该端口,请选择使用外部电源为了最小转向角参数。
最大转向角
- 最大前转向角最大前转向角约束弧度。当最大转向角在运行时改变使用该输入端口。
要启用该端口,请选择使用外部电源为了最大转向角参数。
启用优化
- 控制器优化使能信号控制器优化使能信号。当该信号为:
控制器执行优化计算并生成纵向加速度和转向角控制信号。
零,控制器不执行优化计算。在这种情况下,纵向加速度和转向角输出信号保持在禁用优化时的值。控制器继续更新其内部状态估计。
若要启用此端口,请选择使用外部信号来启用或禁用优化参数。
外部控制信号
-控制信号应用于自我车辆实际的控制信号施加到所述自主车辆。此信号的第一元件是以m / s的纵向加速度2,第二个元素是弧度中的转向角。控制器利用这些信号来估计车辆模型的状态。当应用于自我车辆的控制信号与模型预测控制器计算出的最优控制信号不匹配时,使用此输入端口。这种不匹配可能发生在以下情况:
的航迹跟踪控制系统是不活动的控制器。维持准确的状态估计值时,所述控制器不活跃防止凸块中当控制器变为活动状态的控制信号。
转向或加速度致动器出现故障,并且不提供正确的控制信号提供给自主车辆。
若要启用此端口,请选择使用外部控制信号在PFC和其他控制器之间进行无扰切换参数。
车辆动态矩阵A
- 自车辆预测模型的状态矩阵自车辆的预测模型的状态矩阵。状态矩阵中的行数对应于预测模型中的状态数。这个矩阵必须是方阵。
自身车辆的预测模型定义由车辆动态矩阵A,车辆动态矩阵B和车辆动态矩阵C必须是最小的。
若要启用此端口,请选择使用车型参数。
车辆动态矩阵B
- 输入到状态矩阵自身车辆的预测模型的输入到状态矩阵自车辆预测模型。排在这一信号的数量必须的行数相匹配车辆动态矩阵A。
自身车辆的预测模型定义由车辆动态矩阵A,车辆动态矩阵B和车辆动态矩阵C必须是最小的。
若要启用此端口,请选择使用车型参数。
车辆动态矩阵C
- 国家对输出矩阵自车辆预测模型国家对输出矩阵自车辆预测模型。列在这个信号的数量必须的行数相匹配车辆动态矩阵A。
自身车辆的预测模型定义由车辆动态矩阵A,车辆动态矩阵B和车辆动态矩阵C必须是最小的。
若要启用此端口,请选择使用车型参数。
纵向加速度
- 加速控制信号以m / s的加速控制信号2由控制器产生。
转向角
-前转向角控制信号由控制器产生的以弧度为单位的前转向角控制信号。前转向角是前轮与车辆纵轴的夹角。转向角正对自我车辆的正侧轴。
使用车辆参数
- 使用车辆性质定义自主车辆模型在
(默认)|离
选择该参数通过指定自身车辆的属性来定义由MPC控制器使用的自主车辆模型。自主车辆模型是从纵向加速度和前转向角的纵向速度,横向速度,和偏航角速率的线性模型。
要定义车辆模型,请指定以下块参数:
总质量
惯性偏航力矩
从重心到前轮的纵向距离
从重心到后轮胎的纵向距离
前轮胎的侧偏刚度
后轮胎的侧偏刚度
纵向加速度跟踪时间常数
关于自我车型的更多信息,请参阅自我车辆预测模型
选择此参数将清除使用车型参数。
使用车型
- 使用状态空间矩阵定义自主车辆模型离
(默认)|在
选择此参数来定义由MPC控制器使用的自主车辆模型的状态空间矩阵。自主车辆模型是从纵向加速度和前转向角的纵向速度,横向速度,和偏航角速率的线性模型。
要定义初始内部模型,请指定一个,B和C状态空间矩阵。内部模型必须是最小实现没有直接馈通,以及的尺寸一个,B和C必须一致。
典型地,ego车辆模型是依赖于速度的,因此,它随时间而变化。若要在运行时更新内部模型,请使用车辆动力学,车辆动力学B和车辆动力学C输入端口。
关于自我车型的更多信息,请参阅自我车辆预测模型
选择此参数将清除使用车辆参数参数。
总质量
-自我车辆质量1575
(默认)|积极的标量车辆质量以公斤为单位。
要启用此参数,请选择使用车辆参数参数。
惯性偏航力矩
- 的转动惯量有关自主车辆纵轴2875
(默认)|积极的标量mNs中车辆垂直轴的惯性矩2。
要启用此参数,请选择使用车辆参数参数。
从重心到前轮的纵向距离
- 离群众的自我车辆中心到其前轮胎1.2
(默认)|积极的标量从质量的自主车辆中心以米其前轮胎的距离,沿着车辆的纵向轴线测量的。
要启用此参数,请选择使用车辆参数参数。
从重心到后轮胎的纵向距离
- 离质量的自主车辆中心到其后轮胎1.6
(默认)|积极的标量从质量的自主车辆中心到其后轮胎在米,沿车辆的纵向轴线测量的距离。
要启用此参数,请选择使用车辆参数参数。
前轮胎的侧偏刚度
-前胎刚度19000
(默认)|积极的标量前轮刚度N/rad,定义为前轮侧力与轮胎与车辆纵轴的夹角之间的关系。
要启用此参数,请选择使用车辆参数参数。
后轮胎的侧偏刚度
- 后轮胎刚度33000
(默认)|积极的标量后轮胎的刚度以N /弧度,定义为侧力之间的后轮胎和轮胎的与车辆的纵向轴线的角度的关系。
要启用此参数,请选择使用车辆参数参数。
纵向加速度跟踪时间常数
- 加速跟踪时间常数0.5
(默认)|积极的标量时间常数用于跟踪纵向加速度,以秒为单位。
要启用此参数,请选择使用车辆参数参数。
一个
- 自身车辆的预测模型的初始状态矩阵自我车辆预测模型的初始状态矩阵。状态矩阵中的行数对应于预测模型中的状态数。这个矩阵必须是方阵。
初始自我车辆预测模型的定义一个,B和C必须是最小的。
典型地,ego车辆模型随时间而变化。要更新在运行时的状态矩阵,用车辆动力学输入端口。
要启用此参数,请选择使用车型参数。
B
- 初始输入到状态矩阵自身车辆的预测模型的初始输入到状态矩阵自身车辆的预测模型的。排在这个参数的数目必须的行数相匹配一个。
初始自我车辆预测模型的定义一个,B和C必须是最小的。
典型地,ego车辆模型随时间而变化。若要在运行时更新输入-状态矩阵,请使用车辆动力学B输入端口。
要启用此参数,请选择使用车型参数。
C
- 初始状态 - 输出矩阵自身车辆的预测模型的初始状态到输出矩阵自身车辆的预测模型的。列在该参数的数目必须的行数相匹配一个。
初始自我车辆预测模型的定义一个,B和C必须是最小的。
典型地,ego车辆模型随时间而变化。要更新在运行时的状态与输出矩阵,用车辆动力学C输入端口。
要启用此参数,请选择使用车型参数。
初始纵向速度
- 自主车辆模型的初始速度15
(默认)|非负标以m / s的自主车辆模型,其可与实际的自主车辆的初始速度不同的初始速度。
此值用于配置模型预测控制器的初始条件。有关更多信息,请参见初始条件。
一个很小的初速度EPS
,能产生nonminimal实现为控制器植物模型,从而引起错误。为了防止这种错误,设置初始速度为较大的值,例如1E-3
。
模型输入和输出之间的传输延迟
- 在自车辆模型总传输滞后0
(默认)|非负标总传输滞后,τ,在自我车辆模型在秒。这种滞后包括执行器、传感器和通信滞后。对于每个输入输出通道,传输滞后模型为:
保持领先的车辆和自车辆之间的安全距离
-启用间隔控制在
(默认)|离
若要配置安全跟随距离,请设置默认间距参数。有关控制器使用的安全跟随距离的更多信息,请参见安全距离。
最小转向角
-最小前转向角-0.26
(默认)|之间的标量-π/ 2
和Pi / 2相
最小前转向角约束弧度。
如果最小转向角随时间变化,添加最小转向角输入端口,用于通过选择块使用外部电源。
此参数必须小于最大转向角参数。
最大转向角
- 最大前转向角0.26
(默认)|之间的标量-π/ 2
和Pi / 2相
最大前转向角约束弧度。
如果最大转向角随时间变化,则添加最大转向角输入端口,用于通过选择块使用外部电源。
此参数必须大于最小转向角参数。
纵向加速度最小
- 最少自主车辆加速度-3
(默认)|标量最小自我车辆纵向加速度约束m/s2。
如果最小加速度随时间变化,添加纵向加速度最小输入端口,用于通过选择块使用外部电源。
最大纵向加速度
- 最大的自我车辆加速2
(默认)|标量最大自我车辆纵向加速度约束m/s2。
如果最大加速度随时间变化,添加最大纵向加速度输入端口,用于通过选择块使用外部电源。
样品时间
- 控制器采样时间0.1
(默认)|积极的标量以秒为控制器采样时间。
预测地平线
- 控制器的预测范围10
(默认)|正整数控制器预测范围的步骤。控制器预测时间的采样时间和预测范围的产物。
控制范围
- 控制器控制范围3.
(默认)|正整数|正整数向量控制器控制范围,指定为下列之一:
小于或等于的正整数预测地平线参数。在本例中,控制器计算米自由控制动作时有发生k通过k+米-1,并保持控制器输出常数,用于剩余的预测层步骤k+米通过k+p-1。在这里,k是电流控制的时间间隔。
正整数的向量,[米1,米2,…],其中整数的和等于预测地平线参数。在本例中,控制器计算米自由移动的块,在哪里米是控制时域向量的长度。第一招免费适用于次k通过k+米1-1,第二自由举动不时适用k+米1通过k+米1+米2-1,等等。使用块移动可以提高控制器的鲁棒性。
在速度追踪重
- 重量调整为纵向速度跟踪0.1
(默认)|积极的标量调谐重量纵向速度跟踪。为了产生更小的速度跟踪误差,增加车重。
在横向误差权重
- 重量调整为横向错误1
(默认)|积极的标量调谐重量横向错误。为了产生更小的横向误差,增加车重。
上纵向加速度的变化的重量
-调整重量在纵向加速度的变化0.1
(默认)|积极的标量调谐重量在纵向加速度的变化。为了生产侵略性少车辆加速,增加车重。
对转向角的变化的重量
-调整重量,以改变方向盘的角度0.1
(默认)|积极的标量调整权重的转向角度的变化。为了产生侵蚀性较少的转向角的变化,这增加重量。
使用次优的解决方案
- 迭代指定次数后,应用次优解离
(默认)|在
最大迭代次数
-最大优化迭代10
(默认)|正整数最大控制器优化迭代次数。
要启用此参数,请选择使用次优的解决方案参数。
使用外部信号来启用或禁用优化
-添加端口启用优化离
(默认)|在
添加启用优化输入数据块的端口,选择此参数。
使用外部信号,用于PFC和其它控制器之间无扰动切换
- 添加外部控制信号输入端口离
(默认)|在
添加外部控制信号输入数据块的端口,选择此参数。
创建PFC子系统
- 创建自定义控制器生成一个定制的PFC子系统,您可以为您的应用程序修改它。自定义控制器的配置数据导出到MATLAB®工作空间的结构。
您可以将自定义控制器子系统修改为:
修改默认MPC设置或使用先进的MPC功能。
修改默认的控制器的初始条件。
使用不同的应用程序设置,如自定义安全距离的定义。
对于以下路径控制的默认自车辆的预测模型是两种状态空间模型,一个用于自适应巡航控制系统,一个用于车道保持组合。
自适应巡航控制的预测状态空间模型为:
在这里,τ是纵向加速度跟踪时间常数参数。
该模型的输入为m/s的纵向加速度2,输出是纵向速度,单位是米每秒。
车道保持的预测状态空间模型为:
在这里:
VX是小车的纵向速度。在模拟开始时,这个速度等于对于纵向速度初始条件参数。在运行时,这个速度等于纵向速度输入信号。
米是总质量参数。
我Z是惯性偏航力矩参数。
lF是从重心到前轮的纵向距离参数。
lR是从重心到后轮胎的纵向距离参数。
CF是前轮胎的侧偏刚度参数。
CR是后轮胎的侧偏刚度参数。
这个模型的输入是以弧度为单位的转向角。输出是侧向速度(米/秒)和偏航角速率(弧度/秒)。
的航迹跟踪控制系统block将这些模型组合如下:
这个组合模型的输入是m/s的纵向加速度2和转向角弧度。输出处于每秒,横向速度米的纵向速度在每秒米,和偏航角速率在每秒弧度。
所述控制器通过增大自身车辆动态模型创建其内部预测模型。加强的模型包括道路曲率作为测量的干扰输入信号。
要定义不同的自身车辆的预测模型,选择使用车型参数,并指定初始状态空间模型。然后,使用。指定状态空间矩阵的运行时值车辆动力学,车辆动力学B和车辆动力学C输入信号。
当。。。的时候保持领先的车辆和自车辆之间的安全距离选择参数,模型预测控制器计算安全跟踪距离约束;即引线与自我车之间的最小相对距离,为:
在这里:
D年代是默认间距参数。
GT是时间差距输入信号。
VE是纵向速度输入信号。
要定义不同的安全距离的约束,通过创建一个自定义的路径跟踪控制系统,在块选项卡上,单击创建PFC子系统。
默认情况下,模型预测控制器为ego车辆设定以下初始条件:
纵向速度等于初始纵向速度参数。
纵向加速度为零。
横向速度为零。
转向角为零。
偏航角速率是零。
当。。。的时候保持领先的车辆和自车辆之间的安全距离参数被选择,则控制器假定以下附加初始条件:
最前头车辆纵向速度等于初始纵向速度参数。
前车与自我车的相对距离为:
在这里:
D年代是默认间距参数。
GT时间间隔是吗1.4
。
VE是初始纵向速度参数。
如果模型中的初始条件与这些条件不匹配,则转向角和纵向加速度输出可以在模拟开始表现出初始凸块。
若要修改控制器初始条件以匹配您的模拟,请创建自定义路径跟踪控制系统块选项卡上,单击创建PFC子系统。
你点击了一个链接,对应于这个MATLAB命令:
在MATLAB命令窗口中输入它运行的命令。Web浏览器不支持MATLAB的命令。金宝app
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