【车辆控制】基于LQR的自动驾驶车辆控制附Matlab代码和报告

✅作者简介:热爱科研的Matlab仿真开发者,擅长数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。

🍎 往期回顾关注个人主页:Matlab科研工作室

🍊个人信条:格物致知,完整Matlab代码获取及仿真咨询内容私信。

🔥 内容介绍

自动驾驶车辆的技术发展对鲁棒控制系统提出了需求,该系统需具备确保稳定性、精度及抗干扰能力的特性。本项目旨在采用线性二次调节器(LQR)方法,设计并实现一套鲁棒控制策略。为捕捉车辆的基本运动动力学特性,项目引入了运动学自行车模型,并围绕直线行驶状态对该模型进行线性化处理,进而推导适用于最优控制设计的状态空间表达式。

控制目标是通过 LQR 框架,在最小化参考轨迹偏差的同时优化控制量。设计过程包含多个关键步骤:为成本函数选择合适的加权矩阵、求解连续时间代数黎卡提方程(CARE),以及获取最优反馈增益矩阵。

系统采用 Python 进行仿真,仿真场景中车辆从初始位置出发,以抵达指定目标位置为任务。控制器能够有效稳定车辆行驶状态,实现平稳转向与加速,且横向误差极小。为验证控制器的鲁棒性,项目中引入了小幅干扰与模型不确定性因素。仿真结果表明,该 LQR 控制器可实现预期的轨迹跟踪性能,确保系统稳定运行。

本项目证实,LQR 控制器是实现自动驾驶车辆鲁棒控制的可行方案,具备简洁性、高效性及坚实的理论保障。未来可通过融入动力学模型、增加避障功能及开展实验验证等方式进一步拓展研究,以提升系统性能。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

🔗 参考文献

[1] S. Abdallaoui, H. Ikaouassen, A. Kribèche, A. Chaibet, and E.-H. Aglzim, "Advancing autonomous vehicle control systems: An in-depth overview of decision-making and manoeuvre execution state of the art," *The Journal of Engineering*, vol. 2023, 2023, doi: 10.1049/tje2.12333.

[2] C. Samak, T. Samak, and S. Kandhasamy, "Control Strategies for Autonomous Vehicles," *arXiv preprint arXiv:2011.08729*, 2020, doi: 10.48550/arXiv.2011.08729.

[3] T. Gindele, S. Brechtel, and R. Dillmann, "Learning driver behavior models from traffic observations for decision making and planning," *IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine*, vol. 7, no. 1, pp. 69–79, 2015.

[4] P. Falcone, F. Borrelli, H. E. Tseng, J. Asgari, and D. Hrovat, "MPC-based yaw and lateral stabilization via active front steering and braking," *Vehicle System Dynamics*, vol. 46, no. 6, pp. 611–628, 2008.

[5] M. Buehler, K. Iagnemma, and S. Singh, *The DARPA Urban Challenge: Autonomous Vehicles in City Traffic*, Springer Tracts in Advanced Robotics, vol. 56, 2009.

[6] J. Ziegler et al., "Making Bertha Drive — An Autonomous Journey on a Historic Route," *IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine*, vol. 6, no. 2, pp. 8–20, 2014.

[7] S. Grigorescu, B. Trasnea, T. Cocias, and G. Macesanu, "A survey of deep learning techniques for autonomous driving," *Journal of Field Robotics*, vol. 37, no. 3, pp. 362–386, 2020.

[8] R. E. Kalman, "A new approach to linear filtering and prediction problems," *Journal of Basic Engineering*, vol. 82, no. 1, pp. 35–45, 1960.

[9] M. Kuderer, S. Gulati, and W. Burgard, "Learning driving styles for autonomous vehicles from demonstration," in *Proc. IEEE Int. Conf. Robotics and Automation (ICRA)*, 2015, pp. 2641–2646.

[10] S. Ulbrich and M. Maurer, "Probabilistic online POMDP decision making for lane changes in fully automated driving," in *Proc. IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV)*, 2015, pp. 1074–1079.

🎈 部分理论引用网络文献,若有侵权联系博主删除

 👇 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料 

🏆团队擅长辅导定制多种科研领域MATLAB仿真,助力科研梦:

🌟 各类智能优化算法改进及应用
生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化、背包问题、 风电场布局、时隙分配优化、 最佳分布式发电单元分配、多阶段管道维修、 工厂-中心-需求点三级选址问题、 应急生活物质配送中心选址、 基站选址、 道路灯柱布置、 枢纽节点部署、 输电线路台风监测装置、 集装箱调度、 机组优化、 投资优化组合、云服务器组合优化、 天线线性阵列分布优化、CVRP问题、VRPPD问题、多中心VRP问题、多层网络的VRP问题、多中心多车型的VRP问题、 动态VRP问题、双层车辆路径规划(2E-VRP)、充电车辆路径规划(EVRP)、油电混合车辆路径规划、混合流水车间问题、 订单拆分调度问题、 公交车的调度排班优化问题、航班摆渡车辆调度问题、选址路径规划问题、港口调度、港口岸桥调度、停机位分配、机场航班调度、泄漏源定位、冷链、时间窗、多车场等、选址优化、港口岸桥调度优化、交通阻抗、重分配、停机位分配、机场航班调度、通信上传下载分配优化
🌟 机器学习和深度学习时序、回归、分类、聚类和降维

2.1 bp时序、回归预测和分类

2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类

2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类

2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类

2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类
2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类

2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类

2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类

2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类

2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类
2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测
2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类
2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类
2.14 PNN脉冲神经网络分类
2.15 模糊小波神经网络预测和分类
2.16 时序、回归预测和分类
2.17 时序、回归预测预测和分类
2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类
2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类
方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断
🌟图像处理方面
图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知
🌟 路径规划方面
旅行商问题(TSP)、车辆路径问题(VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等)、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、 充电车辆路径规划(EVRP)、 双层车辆路径规划(2E-VRP)、 油电混合车辆路径规划、 船舶航迹规划、 全路径规划规划、 仓储巡逻、公交车时间调度、水库调度优化、多式联运优化
🌟 无人机应用方面
无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化、车辆协同无人机路径规划、
🌟 通信方面
传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化、水声通信、通信上传下载分配
🌟 信号处理方面
信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化、心电信号、DOA估计、编码译码、变分模态分解、管道泄漏、滤波器、数字信号处理+传输+分析+去噪、数字信号调制、误码率、信号估计、DTMF、信号检测
🌟电力系统方面
微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置、有序充电、MPPT优化、家庭用电、电/冷/热负荷预测、电力设备故障诊断、电池管理系统(BMS)SOC/SOH估算(粒子滤波/卡尔曼滤波)、 多目标优化在电力系统调度中的应用、光伏MPPT控制算法改进(扰动观察法/电导增量法)、电动汽车充放电优化、微电网日前日内优化、储能优化、家庭用电优化、供应链优化
🌟 元胞自动机方面
交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长 金属腐蚀
🌟 雷达方面
卡尔曼滤波跟踪、航迹关联、航迹融合、SOC估计、阵列优化、NLOS识别
🌟 车间调度
零等待流水车间调度问题NWFSP 、 置换流水车间调度问题PFSP、 混合流水车间调度问题HFSP 、零空闲流水车间调度问题NIFSP、分布式置换流水车间调度问题 DPFSP、阻塞流水车间调度问题BFSP

👇

5 往期回顾扫扫下方二维码

评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包

打赏作者

matlab科研助手

你的鼓励将是我创作的最大动力

¥1 ¥2 ¥4 ¥6 ¥10 ¥20
扫码支付:¥1
获取中
扫码支付

您的余额不足,请更换扫码支付或充值

打赏作者

实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值