ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ПОДХОДОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕМ 6
1.1 РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ 6
1.2 РАЗВЯЗАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ 6
1.3 МНОГОСВЯЗНОЕ УПРАВЛЕНИЕ 8
1.4 СИСТЕМА ПРЕДИКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ 9
2 СТРУКТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 15
2.1 МОДЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ 15
2.2 НАХОЖДЕНИЕ ОПОРНЫХ ТОЧЕК 17
2.3 СОЗДАНИЕ ЭТАЛОННЫХ СОСТОЯНИЙ И ВХОДОВ 19
2.4 MPC 20
2.5 CVXGEN 21
3 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 23
3.1 КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ 23
3.2 WAYPOINTS 26
3.3 SPEEDPROFILER 28
3.4 REF_CONTROL 28
3.5 SOLVER 28
3.6 ФУНКЦИЯ SOLPARAM.M 29
3.7 ТЕСТИРОВАНИЯ САУ 29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 37
ПРИЛОЖЕНИЕ А 41
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Создание беспилотных транспортных средств (ТС) является одним из ведущих направлений деятельности в промышленности и науке. Такое внимание к данной отрасли связано с тем, что автономные ТС позволят снизить количество аварий, экономить топливо и эффективнее управлять транспортным потоком. Как показывает исследование [1], пробок на дорогах станет существенно меньше, даже если всего 5% автомобилей будут беспилотными.
Полностью автоматизированное вождение является сложной задачей, для решения которой требуются знания и навыки в таких областях, как визуализация и обработка изображений, генерирование траекторий, планирование пути, моделирование, автоматическое управление [2]. Последняя проблема имеет первостепенное значение для управления ТС. Для её решения необходимо создать систему автоматического управления (САУ), которая будет обеспечивать следование ТС траектории, сгенерированной планировщиком движения, с оптимальной скоростью, предоставляя соответствующие управляющие сигналы (ускорение и угол поворота).
Целью данной работы является разработка алгоритма для САУ автомобилем, позволяющего обеспечить движение по заданной криволинейной траектории с оптимальной скоростью.
Для достижения данной цели были сформулированы следующие основные за-дачи:
• изучить методы и алгоритмы для согласованного управления боковым и продольным движением автомобиля;
• разработать математическую модель системы управления;
• выполнить анализ работоспособности разработанного алгоритма на основе компьютерного моделирования управляемого криволинейного движения автомобиля.
В данной работе был разработан алгоритм для системы автоматического управления автомобилем, позволяющий обеспечить движение по заданной криволинейной траектории с оптимальной скоростью. При разработке были изучены методы и алгоритмы для согласованного управления боковым и продольным движением автомобиля.
В качестве контроллера была выбрана MPC, реализующая многосвязную стратегию управления, в которой для прогнозирования состояний используется кинематическая модель.
Программная реализация алгоритма была выполнена в среде Simulink и интегрирована в блок Driver компьютерной модели криволинейного движения автомобиля. На основе компьютерного моделирования было проведено исследование работоспособности системы управления. Полученные результаты показали, что разработанный алгоритм обеспечивает движение автомобиля по заданной криволинейной траектории с оптимальной скоростью, а среднее время решения задачи оптимизации не превышает установленного порога. Следовательно, он может быть использован в качестве системы автоматического управления беспилотного автомобиля или как часть системы автоматизации вождения автомобиля (ADAS).
В дальнейшем планируется расширить возможности алгоритма за счет использования более точной прогнозирующей модели, например, динамической, и применения систематического подхода к настройке параметров решателя.
