基于优化的 1:43 比例遥控车自主竞速
最优化与控制
2017-11-21 v1 机器人学
系统与控制
摘要
本文描述基于数学优化的遥控竞速车自主竞速。利用车辆动力学模型，通过滚动时域控制器计算控制输入，其目标是在保持于赛道上且避开对手的约束下最大化赛道进展。给出两种不同控制形式。第一种控制器采用两级结构，由路径规划器与非线性模型预测控制器 (NMPC) 组成以进行跟踪。第二种控制器遵循等高线控制思想，将两项任务合并于一个非线性优化问题 (NLP) 中。通过线性化获得的线性时变模型用于在每采样时刻以凸二次规划 (QP) 形式构建控制 NLP 的局部近似。所得 QP 具有典型 MPC 结构，可被近期利用结构求解器在毫秒级求解，这是整体控制方案实时可行性的关键。避障通过基于动态规划的高层走廊规划器实现，其根据对手当前位置与赛道布局为控制器生成凸约束。控制性能使用 1:43 比例遥控竞速车进行实验研究，车速超过 3 m/s 且运行于后轮胎力饱和（漂移）区域。算法在嵌入式计算平台上以 50 Hz 采样率运行，展示了基于优化的自主竞速方法的实时可行性与高性能。
引用
@article{arxiv.1711.07300,
title = {Optimization-Based Autonomous Racing of 1:43 Scale RC Cars},
author = {Alexander Liniger and Alexander Domahidi and Manfred Morari},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.07300},
year = {2017}
}