Steering control based on model predictive control for obstacle avoidance of unmanned ground vehicle

避障 模型预测控制 控制(管理) 计算机科学 运动规划 稳健性(进化) 控制理论(社会学) 控制器(灌溉) 卡西姆 工程类 控制工程 移动机器人 人工智能 机器人 生物化学 化学 生物 农学 基因
作者
Chaofang Hu,Lingxue Zhao,Lei Cao,Patrick Tjan,Na Wang
出处
期刊:Measurement & Control [SAGE]
卷期号:53 (3-4): 501-518 被引量:19
标识
DOI:10.1177/0020294019878871
摘要

In this paper, a strategy based on model predictive control consisting of path planning and path tracking is designed for obstacle avoidance steering control problem of the unmanned ground vehicle. The path planning controller can reconfigure a new obstacle avoidance reference path, where the constraint of the front-wheel-steering angle is transformed to formulate lateral acceleration constraint. The path tracking controller is designed to realize the accurate and fast following of the reconfigured path, and the control variable of tracking controller is steering angle. In this work, obstacles are divided into two categories: static and dynamic. When the decision-making system of the unmanned ground vehicle determines the existence of static obstacles, the obstacle avoidance path will be generated online by an optimal path reconfiguration based on direct collocation method. In the case of dynamic obstacles, receding horizon control is used for real-time path optimization. To decrease online computation burden and realize fast path tracking, the tracking controller is developed using the continuous-time model predictive control algorithm, where the extended state observer is combined to estimate the lumped disturbances for strengthening the robustness of the controller. Finally, simulations show the effectiveness of the proposed approach in comparison with nonlinear model predictive control, and the CarSim simulation is presented to further prove the feasibility of the proposed method.
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