基于模糊双曲正切模型的车辆路径跟踪算法 - 农业工程学报.pdf

第 33 卷 增刊 1 农 业 工 程 学 报 Vol.33 Supp.1 78 2017 年 2 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Feb. 2017 基于模糊双曲正切模型的车辆路径跟踪算法 杨 珏，史广思，张文明，赵 翾 ，顿海洋，司吉祥 （北京科技大学机械工程学院，北京 100083 ） 摘 要：为了实现铰接式车辆无人驾驶技术。针对路径跟踪问题，该文提出了基于模糊双曲正切模型的铰接式车辆路径 跟踪控制算法。首先根据实地试验测得铰接式车辆的横向偏差、横向偏差变化率、航向角偏差、航向角偏差变化率和转 向角的样本数据，建立其模糊双曲正切模型。在此基础上，采用改进的自适应反向传播（back propagation ，BP ）神经网 络对模型进行参数辨识，并推导了基于 Cauchy 鲁棒误差估计器的权系数调解率公式。然后设计基于极点配置方法的控制 器，得到转角的反馈控制率。从试验数据可以看出：车辆横向位置偏差、航向角偏差、转角控制量分别控制在 0.008 m、 0.07 rad(0.5°)、0.21 rad(12°)附近，各向偏差均稳定，误差控制在 1%以内。该种路径跟踪控制算法的研究可为铰接式车辆 无人驾驶提供参考。 关键词：车辆；模型；算法；神经网络；极点配置法；轨迹跟踪；硬件在环仿真 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.z1.012 中图分类号：TP273, TP183 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-Supp.1-0078-07 杨 珏，史广思，张文明，赵 翾，顿海洋，司吉祥. 基于模糊双曲正切模型的车辆路径跟踪算法[J]. 农业工程学报， 2017，33(增刊1)：78－84. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017. z1.012 Yang Jue, Shi Guangsi, Zhang Wenming,Zhao Xuan, Dun Haiyang, Si Jixiang. Path tracking algorithm of vehicles based on fuzzy hyperbolic tangent model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(Supp.1): 78－84. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.z1.012 虑某一方面的[17] ，缺乏系统建模。对于这种多变量、强 0 引 言  耦合、高度复杂的非线性动力学系统的铰接式车辆而言， Zeng 等[1-2] 针对车辆路径跟踪控制问题，采用了从输 建立一个精确的模型不但存在较大的困难而且对于控制 入空间到输出空间的一个模糊映射的概念，提出了模糊 算法的设计也提出了较高的要求。 关系模型。但在建模过程中系统的许多重要的动态信息 本文采用基于模糊双曲正切模型建模并采用极点配 被忽略，因此很难得到控制性能良好的控制器。Takagi 置的方法设计控制器。此方法通过驾驶员信息来得到车 等[3-4]提出的 T-S 模糊模型，首先其对每个子系统构造出 辆运动学关系，在驾驶员多次驾驶过程中，车辆动力学 相应的线性方程，然后通过相关的隶属函数将这些分系 关系也被囊括在了这些数据中且其规律也越来越明显。 统的方程连接为一个全局系统。但是