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作者簡介
目次
商品簡介
本書主要介紹模型預測控制理論與方法在無人駕駛車輛路徑規劃與跟蹤控制方面的基礎應用技術。由于模型預測控制理論數學抽象特點明顯，初涉者往往需要較長時間的探索才能真正理解和掌握，進一步應用到具體研究，則需要更長的過程。本書詳細介紹了應用模型預測控制理論進行無人駕駛車輛控制的基礎方法，結合路徑規劃與跟蹤實例給出了Matlab仿真代碼和詳細仿真步驟，并且融入了研究團隊在本領域的研究成果。本書一方面可以作為地面無人車輛、空中無人機、無人艇及移動機器人等無人車輛模型預測控制的研究資料，同時也可以作為學習模型預測控制理論的應用教材。
作者簡介
龔建偉，博士，教授， 北京理工大學智能車輛研究所，主要研究領域為計算機控制技術、智能車輛與移動機器人、數據通信技術，主講機電系統設計與控制（含機器人智能車輛控制、遠程控制、單片機與嵌入式系統、數據通信編程、智能控制算法設計、機電系統傳感器應用與集成、傳感器信息獲取與融合）。
目次
第1章 無人駕駛車輛與模型預測控制
1.1 無人駕駛車輛
1.1.1 無人車輛通用概念
1.1.2 考慮乘坐舒適性的無人駕駛車輛
1.2 路徑跟蹤與軌跡跟蹤
1.2.1 路徑規劃與軌跡規劃
1.2.2 路徑跟蹤與軌跡跟蹤
1.3 模型預測控制在無人駕駛車輛運動規劃與控帶中的應用
1.3.1 運動規劃算法的模型約束
1.3.2 軌跡跟蹤控制的模型約束ll
1.4 本書內容與結構說明
第2章 車輛運動學與動力學建模
2.1 車輛運動學建模及驗證
2.1.1 車輛運動學建模
2.1.2 車輛運動學模型驗證 第1章 無人駕駛車輛與模型預測控制
1.1 無人駕駛車輛
1.1.1 無人車輛通用概念
1.1.2 考慮乘坐舒適性的無人駕駛車輛
1.2 路徑跟蹤與軌跡跟蹤
1.2.1 路徑規劃與軌跡規劃
1.2.2 路徑跟蹤與軌跡跟蹤
1.3 模型預測控制在無人駕駛車輛運動規劃與控帶中的應用
1.3.1 運動規劃算法的模型約束
1.3.2 軌跡跟蹤控制的模型約束ll
1.4 本書內容與結構說明
第2章 車輛運動學與動力學建模
2.1 車輛運動學建模及驗證
2.1.1 車輛運動學建模
2.1.2 車輛運動學模型驗證
2.2 車輛動力學建模及驗證
2.2.1 車輛單軌模型
2.2.2 輪胎模型
2.2.3 小角度假設下的車輛動力學模型
第3章 模型預測控制算法基礎與仿真分析
3.1 基本理論
3.1.1 生活中的啟示
3.1.2 控制理論中的描述
3.2 一個簡單的實例
3.3 線性時變模型預測控制算法
3.3.1 問題描述
3.3.2 非線性系統線性化方法
3.3.3 工程實例
3.4 非線性模型預測控制算法
3.4.1 問題描述
3.4.2 非線性模型預測控制的數值解法
3.4.3 工程實例
3.5 線性約束下的二次型規劃控制算法
3.5.1 線性約束轉化為LQR問題
3.5.2 LQR在無人駕駛車輛路徑跟蹤中的應用
3.5.3 LQR進行路徑跟蹤的工程實例
3.5.4 小結
第4章 給定軌跡的軌跡跟蹤控制
4.1 問題的描述
4.2 基于運動學模型的軌跡跟蹤控制器設計
4.2.1 車輛運動學建模
4.2.2 目標函數設計
4.2.3 約束條件設計
4.3 仿真平臺概述l
4.3.1 CarSinl軟件介紹
4.3.2 SimulinkCarSim聯合仿真平臺
4.4 仿真實例
4.4.1 CarSim與Simulink，聯合仿真
4.4.2 基于MPC的軌跡跟蹤控制器的設計
4.5 基于運動學模型的軌跡跟蹤仿真結果分析
第5章 基于動力學模型的無人駕駛車輛主動轉向控制
5.1 理論基礎
5.1.1 線性誤差方程
5.1.2 約束條件建立
5.1.3 模型預測控制器設計
5.2 聯合仿真平臺搭建
5.2.1 在CarSim中建立車輛模型
5.2.2 控制程序編寫
5.3 仿真驗證
5.3.1 參考軌跡選擇
5.3.2 不同仿真工況下的仿真結果
第6章 加入規劃層的軌跡跟蹤控制
6.1 結合規劃層的軌跡跟蹤控制系統
6.2 基于MPC的軌跡規劃器
6.2.1 參考點的選擇
6.2.2 避障功能函數
6.2.3 5次多項式軌跡擬合
6.2.4 非線性二次規劃計算
6.3 基于MPC的路徑跟蹤控制器
6.4 不同車速下的跟蹤控制仿真實例驗證
6.4.1 車輛參數設置
6.4.2 仿真工況設置
6.4.3 CarSimSimulink聯合求解
第7章 航向跟蹤預估控制算法
7.1 概述
7.2 二自由度無人駕駛車輛動力學模型
7.3 航向預估算法原理
7.4 PID控制算法
7.5 仿真結果
7.5.1 航向階躍響應仿真
7.5.2 路徑偏差階躍響應仿真
7.6 實驗結果
7.6.1 實驗1——航向階躍實驗
7.6.2 實驗2——航向連續跟蹤實驗
7.6.3 實驗3——航向預估算法在路徑跟蹤控制中的應用
附錄A CarSim 8.02應用高版本Matlab
符號表
參考文獻
1.1 無人駕駛車輛
1.1.1 無人車輛通用概念
1.1.2 考慮乘坐舒適性的無人駕駛車輛
1.2 路徑跟蹤與軌跡跟蹤
1.2.1 路徑規劃與軌跡規劃
1.2.2 路徑跟蹤與軌跡跟蹤
1.3 模型預測控制在無人駕駛車輛運動規劃與控帶中的應用
1.3.1 運動規劃算法的模型約束
1.3.2 軌跡跟蹤控制的模型約束ll
1.4 本書內容與結構說明
第2章 車輛運動學與動力學建模
2.1 車輛運動學建模及驗證
2.1.1 車輛運動學建模
2.1.2 車輛運動學模型驗證 第1章 無人駕駛車輛與模型預測控制
1.1 無人駕駛車輛
1.1.1 無人車輛通用概念
1.1.2 考慮乘坐舒適性的無人駕駛車輛
1.2 路徑跟蹤與軌跡跟蹤
1.2.1 路徑規劃與軌跡規劃
1.2.2 路徑跟蹤與軌跡跟蹤
1.3 模型預測控制在無人駕駛車輛運動規劃與控帶中的應用
1.3.1 運動規劃算法的模型約束
1.3.2 軌跡跟蹤控制的模型約束ll
1.4 本書內容與結構說明
第2章 車輛運動學與動力學建模
2.1 車輛運動學建模及驗證
2.1.1 車輛運動學建模
2.1.2 車輛運動學模型驗證
2.2 車輛動力學建模及驗證
2.2.1 車輛單軌模型
2.2.2 輪胎模型
2.2.3 小角度假設下的車輛動力學模型
第3章 模型預測控制算法基礎與仿真分析
3.1 基本理論
3.1.1 生活中的啟示
3.1.2 控制理論中的描述
3.2 一個簡單的實例
3.3 線性時變模型預測控制算法
3.3.1 問題描述
3.3.2 非線性系統線性化方法
3.3.3 工程實例
3.4 非線性模型預測控制算法
3.4.1 問題描述
3.4.2 非線性模型預測控制的數值解法
3.4.3 工程實例
3.5 線性約束下的二次型規劃控制算法
3.5.1 線性約束轉化為LQR問題
3.5.2 LQR在無人駕駛車輛路徑跟蹤中的應用
3.5.3 LQR進行路徑跟蹤的工程實例
3.5.4 小結
第4章 給定軌跡的軌跡跟蹤控制
4.1 問題的描述
4.2 基于運動學模型的軌跡跟蹤控制器設計
4.2.1 車輛運動學建模
4.2.2 目標函數設計
4.2.3 約束條件設計
4.3 仿真平臺概述l
4.3.1 CarSinl軟件介紹
4.3.2 SimulinkCarSim聯合仿真平臺
4.4 仿真實例
4.4.1 CarSim與Simulink，聯合仿真
4.4.2 基于MPC的軌跡跟蹤控制器的設計
4.5 基于運動學模型的軌跡跟蹤仿真結果分析
第5章 基于動力學模型的無人駕駛車輛主動轉向控制
5.1 理論基礎
5.1.1 線性誤差方程
5.1.2 約束條件建立
5.1.3 模型預測控制器設計
5.2 聯合仿真平臺搭建
5.2.1 在CarSim中建立車輛模型
5.2.2 控制程序編寫
5.3 仿真驗證
5.3.1 參考軌跡選擇
5.3.2 不同仿真工況下的仿真結果
第6章 加入規劃層的軌跡跟蹤控制
6.1 結合規劃層的軌跡跟蹤控制系統
6.2 基于MPC的軌跡規劃器
6.2.1 參考點的選擇
6.2.2 避障功能函數
6.2.3 5次多項式軌跡擬合
6.2.4 非線性二次規劃計算
6.3 基于MPC的路徑跟蹤控制器
6.4 不同車速下的跟蹤控制仿真實例驗證
6.4.1 車輛參數設置
6.4.2 仿真工況設置
6.4.3 CarSimSimulink聯合求解
第7章 航向跟蹤預估控制算法
7.1 概述
7.2 二自由度無人駕駛車輛動力學模型
7.3 航向預估算法原理
7.4 PID控制算法
7.5 仿真結果
7.5.1 航向階躍響應仿真
7.5.2 路徑偏差階躍響應仿真
7.6 實驗結果
7.6.1 實驗1——航向階躍實驗
7.6.2 實驗2——航向連續跟蹤實驗
7.6.3 實驗3——航向預估算法在路徑跟蹤控制中的應用
附錄A CarSim 8.02應用高版本Matlab
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