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矿用自卸卡车无人驾驶轨迹跟踪控制研究
| 论文题名： | 矿用自卸卡车无人驾驶轨迹跟踪控制研究 |
| 关键词： | 矿用自卸卡车;无人驾驶;轨迹跟踪控制;算法设计 |
| 摘要： | 随着5G通信技术质的飞跃、国家政策的倡导以及社会的发展需要，自上世纪就已开始研究的无人驾驶技术在近些年来取得了突飞猛进的研究成果。而这一方面源于其能在很大程度上减少安全事故、减少交通拥堵以及增大效率，另一方面也是由于该技术是综合复杂的技术结晶，能带动相关行业发展，促进社会经济进步。因此，许多科研机构、科技公司、大型汽车制造企业以及高校等都积极参与技术创新、技术研发，并根据发展计划而投入到不同应用场地，比如矿区、港口、货运仓库等等，以为企业赢得优势。而本文就以矿区智慧化建设为背景，以矿区矿用自卸卡车无人驾驶技术轨迹跟踪控制为研究重点。全文主要研究内容如下： （1）针对矿区复杂环境，为更快更高效地规划出可行驶路径以及为下文验证控制算法的可行性提供“道路”，需要设计合适的路径规划算法。首先概述了路径规划算法的基本原理与基本分类。紧接着介绍快速搜索随机树算法（RRT）基本原理以及基于该算法理论的研究现状。最后提出改进双向RRT*算法并完成算法设计，实验验证其能在长距离环境下更快地规划出更短的路径，其中路径规划速度提升了约46.64%、路径长度短了约3.01%。 （2）就矿区复杂环境，需要解决矿用自卸卡车在给定参考轨迹下准确、稳定地实现轨迹跟踪问题。首先概述了虚拟地形场算法（VTF）的原理并确定了基于该算法的实车实验中存在的不足之处，紧接着结合模糊控制算法优势，提出了模糊VTF横向控制算法并完成了具体的算法设计。之后，在纵向速度跟随方面，首先介绍了PID算法基本原理以及基于该算法在实车实验中存在的不足之处，紧接着结合模糊控制算法的优势以及矿用自卸卡车动力模型，提出了基于动力学模型的模糊PI纵向控制算法并完成了具体的算法设计。 （3）就以上设计的横纵向轨迹跟踪控制算法，首先通过CarSim与Matlabamp;amp;Simulink进行联合仿真，验证控制算法的可行性。而后基于Linux与ROS的系统平台编写了C++的横纵向代码程序，并在北方重工的NET200矿用自卸卡车进行实车验证，从而验证了算法的可行性与良好的跟踪效果；同时，基于该系统完成了改进双向RRT*规划算法的验证。 |
| 作者： | 韩伟 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 陈旭;高玉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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