基于仿人智能控制的无人地面车辆自动驾驶系统研究

基于仿人智能控制的无人地面车辆自动驾驶系统研究

作者:师大云端图书馆 时间:2015-11-10 分类:期刊论文 喜欢:2348
师大云端图书馆

【摘要】无人地面车辆是未来陆军的重要力量,是实现战争信息化和无人化的重要平台,通过装载不同的装备,可以代替人在核生化、辐射和爆炸物等恶劣复杂战场环境中完成各种各样的军事任务。随着信息战的出现和实践,现代战争将会变得更加激烈残酷,破坏程度更大,更容易造成人员的伤亡,如何减少人员伤亡,以非人员接触方式完成战争中的装备搬运、补给护送、医疗后送、侦察监视、探雷排雷甚至联合作战等军事任务愈发至关重要。在这种军事需求下,无人地面车辆能充分展示其军事潜力以及作战效能,承担着最具有危险性的重要军事任务,是现代陆军武器装备发展的重要方向之一,在决定未来战争成败和抢夺战场先机中将占据非常重要的作战地位。在无人地面车辆的发展里程中,车辆自动驾驶系统主要负责实时并且准确地执行无人地面车辆具体的运动控制动作,其性能一直是影响车辆智能能力的关键因素之一,是无人地面车辆进行环境感知、路径规划以及推理决策等智能能力的基础,是无人地面车辆的关键系统之一。随着各项相关技术的不断发展、成熟,将来的车辆自动驾驶系统应该具有更高层次的适应能力和自主驾驶能力。由于无人地面车辆所处环境的复杂性,加上无人地面车辆本身是一个非线性时变系统,这些很难用精确的数学模型进行描述,对基于模型的传统控制难以满足系统的设计指标,然而在传统控制理论的基础之上不断融入人工智能的思想,是解决这种控制难题的一个重要途径。针对以上背景,本文设计并实现了一种具有仿人智能控制的通用型车辆自动驾驶系统,主要工作和创新点如下:(1)建立了自动驾驶系统的动力学模型和具有耦合特性的车辆动力学模型,设计了直角弯道和“8”字形道路等两种典型道路轨迹对车辆动力学响应特性进行了仿真研究,分析了整车动力学模型的基本运动性能。仿真实验结果说明了车辆基于“预瞄-跟随”理论的PID控制实现了较为精确的轨迹跟踪,取得了较好的控制效果,为自动驾驶系统的设计与实现以及实车实验奠定了基础。(2)设计并研制了自动驾驶系统的通用型执行装置和控制系统。执行装置采用模块化的设计方法,通过在人工驾驶车辆的方向盘、离合踏板、制动踏板、油门踏板和换档手柄上加装执行机构模块,及其相应的控制模块,然后将各模块通过CAN总线与上层决策系统进行连接,从而实现了车辆的自动操控。(3)提出了一种基于本文所设计自动驾驶系统的无人地面车辆仿人智能运动控制算法,在运行控制级和参数校正级设计了基于该算法的自动驾驶系统的运动控制器,并在所设计的直角弯道和“8”字形道路轨迹上进行了仿真实验研究,仿真结果表明:仿人智能控制器的鲁棒性和控制精度都表现出比PID控制器更为优越的控制效果,进一步为实车实验奠定了基础。(4)开展了自动驾驶系统的实车测试与验证。在前面研究内容基础之上,将所研制的自动驾驶系统原理样机安装到车辆上在实际道路上进行了实车的测试实验,包括车辆的纵向控制、横向控制以及综合控制等,通过所获取的实验数据来分析PID控制和仿人智能控制对无人地面车辆的实际控制效果。实车实验表明:所设计的自动驾驶系统实现了对车辆方向盘、制动踏板、油门踏板和换档手柄的精确控制,从而实现了控制车辆自主行驶的目的,并且仿人智能控制的表现比PID控制更为优越。为在人工驾驶车辆上进行无人化改造以及无人地面车辆的智能化控制的进一步研究奠定了坚实的基础。
【作者】张卫忠;
【导师】梅涛;
【作者基本信息】中国科学技术大学,检测技术与自动化装置,2014,博士
【关键词】无人地面车辆;自动驾驶系统;仿人智能控制;纵向控制;横向控制;

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