Dissertação

{pt_PT=MPC Motion Control of an Autonomous Car} {} CONFIRMED

{pt=Este trabalho aborda o projeto de um controlador usando Controlo Preditivo (MPC) para controlar um veículo de corrida autónomo. O objetivo do controlador é conduzir o veículo para seguir uma referência virtual que se move com uma velocidade imposta externamente sobre um caminho de referência. O controlador deve, portanto, minimizar o erro do veículo relativamente à referência, ao mesmo tempo que a tenta acompanhar em velocidade. Este problema é formulado num referencial de Frenet-Serret que acompanha o movimento da referência virtual sobre uma curva, que, por sua vez, se encontra parametrizada relativamente ao seu comprimento de arco. Este trabalho contém uma derivação detalhada do modelo de qualquer veículo no referencial de Frenet-Serret a partir do seu modelo no referencial inercial. O modelo do veículo no referencial de Frenet-Serret é depois usado com MPC para controlar o veículo. São discutidas formas de evitar obstáculos e de garantir as restrições associadas aos limites laterais do caminho, bem como um método que varia a importância da orientação do veículo de acordo com o seu erro numa direção normal ao trajeto a seguir. Este trabalho apresenta, também, um método para controlar a velocidade da referência virtual baseado no erro da distância entre o veículo e a referência, o que permite ao veículo estar sempre próximo da referência ao mesmo tempo que tenta acompanhar a mesma. Por fim, são apresentados e discutidos diversos resultados de experiências realizadas utilizando o modelo cinemático e dinâmico do uniciclo no referencial de Frenet-Serret., en=This work addresses the design of a controller using Model Predictive Control (MPC) to drive an autonomous racing vehicle. The objective is to control a vehicle to follow a virtual reference that is moving with a certain velocity over a reference path. The controller must be capable of minimizing the error between the vehicle and the reference, while moving with the same velocity as the virtual target. The velocity of the reference is imposed externally, and thus corresponds to an extra control variable. The problem is formulated in a Frenet-Serret reference frame that moves with the virtual target over the path, which, in turn, is parametrized according to its arc-length. This work also provides a detailed explanation on how to perform a conversion of an inertial vehicle model to its Frenet-Serret frame equivalent. The Frenet-Serret vehicle model is then used with MPC to control the vehicle. The implementation of obstacle avoidance and path limits is discussed under the current MPC formulation. This work also proposes a method to control the speed of the virtual target based on the distance between the vehicle and the virtual target. Another method is also presented to dynamically change the focus the controller puts on the orientation of the vehicle based on its normal error to the path. Finally, several results of different experiments performed using the unicycle kinematic and dynamic models in the Frenet-Serret frame are presented and discussed.}
{pt=Controlo Preditivo, Seguimento de Caminho, Veículo Autónomo de Corrida, Referência Virtual Móvel, Referencial de Frenet-Serret, Controlo da Velocidade da Referência, en=Model Predictive Control, Path Following, Autonomous Racing Vehicle, Moving Virtual Reference, Frenet-Serret Frame, Virtual Reference Speed Control}

Janeiro 14, 2021, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Rita Maria Mendes de Almeida Correia da Cunha

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

João Manuel Lage de Miranda Lemos

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Catedrático