Simulink+carsim轨迹跟踪联合仿真

本文介绍使用Matlab Simulink和CarSim进行自动驾驶轨迹跟踪算法的联合仿真。主要内容包括Simulink模型的构建,如驾驶员模型、偏差计算模块和输入输出模型,以及Carsim的配置和仿真设置。通过双PID和MPC控制实现轨迹跟踪,仿真结果显示跟踪误差在合理范围内。

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0.Intro.

         CarSim作为自动驾驶控制算法的开发的仿真工具,广泛应用于在自动驾驶领域。特别是和Simulink联合仿真,可以有效验证算法的准确性,网上也有好多Carsim与Simulink联合仿真的教程,大家可以自行学习。本次主要实现自动驾驶轨迹跟踪算法(MPC)进行仿真验证,把自己的心得给大家分享一下,如有问题欢迎大家评论。【软件配置:MATLAB2018a+CarSim2019

1.Simulink_Model.

        其中Simulink模块采用模块化建模,可扩展多种控制算法,界面清晰直观主要包括:1、驾驶员控制模块;2、接口模块;3、偏差计算模块.

Model      

        驾驶员控制模块主要包括纵向控制(PID)横向控制(MPC)接口模块主要用于参考轨迹输入以及仿真结果的输出;偏差计算模块计算车身状态偏差,作为驾驶员控制模块的输入。

1.1.Driver_Model

        驾驶员模型主要采用横纵向控制,纵向控为双PID控制。对纵向位移与速度偏差进行控制。

双PID

        横向主要采用MPC控制,通过CarSim输出的车辆状态信息,计算出最优的前轮转角,以达到成功追踪目标轨迹。

Part-codes

function [sys,x0,str,ts] = MPCDL(t,x,u,flag)
switch flag
### Carsim Simulink 联合仿真实现 MPC 控制器进行车辆轨迹跟踪 #### 创建联合仿真环境 为了在CarsimSimulink中实现MPC控制器来进行车辆轨迹跟踪,需先建立一个合适的联合仿真平台。这涉及到配置CarsimSimulink之间的接口设置,确保两者能够有效通信并交换必要的数据流[^1]。 #### 设计MPC控制器 设计阶段主要集中在Simulink环境中构建MPC控制器模型。此过程包括定义预测模型、设定优化目标函数以及约束条件等关键要素。对于汽车应用而言,通常会考虑线性化处理后的动力学方程作为基础模型,并针对具体应用场景调整参数以获得最佳性能表现[^4]。 ```matlab % 定义MPC对象 mpcobj = mpc(plant, Ts); % 设置权重矩阵其他属性... setweights(mpcobj); ``` #### 集成至ROS框架内 一旦完成了上述两步工作,则需要进一步将所开发的控制系统集成到ROS(Robot Operating System)当中去。通过这种方式不仅可以方便地与其他模块交互操作,同时也便于后续扩展更多高级特性支持。 #### 数据同步机制 在整个过程中非常重要的一环就是保持不同软件之间的时间一致性问题——即如何让来自各个源头的数据能够在同一时间点上被正确读取出来供下一步计算使用。为此,在实际项目实施时往往还需要额外编写一些辅助脚本来帮助完成这项任务[^3]。 #### 测试验证环节 最后一步是对整个系统进行全面的功能性稳定性测试。借助于之前提到过的Proteus工具包所提供的虚拟硬件资源来模拟真实的行车场景不失为一种高效的方法;当然也可以直接连接实物设备来进行更贴近实际情况下的检验。
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