吉林大学学报(工学版) ›› 2022, Vol. 52 ›› Issue (12): 2994-3005.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210546

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基于改进大脑情感学习模型的车辆纵向跟随

魏民祥(),杨佳伟,陈凯,王志浩,沙朝   

  1. 南京航空航天大学 能源与动力学院,南京 210016
  • 收稿日期:2021-06-18 出版日期:2022-12-01 发布日期:2022-12-08
  • 作者简介:魏民祥(1963-),男,教授,博士生导师. 研究方向:车辆安全与控制.E-mail:weimx@nuaa.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2018YFB2003300)

Vehicle longitudinal following based on improved brain emotional learning model

Min-xiang WEI(),Jia-wei YANG,Kai CHEN,Zhi-hao WANG,Zhao SHA   

  1. School of Energy and Power,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China
  • Received:2021-06-18 Online:2022-12-01 Published:2022-12-08

摘要:

为提高无人驾驶车辆纵向跟随控制算法的安全性,在大脑情感学习模型的基础上,删除了情感暗示信号,并结合径向基神经网络良好的非线性逼近特性,提出了一种间接自适应脑情绪神经鲁棒控制器(iARBERC)和一种证明该控制系统稳定性的Lyapunov分析方法。将其运用到单级倒立摆仿真中,并与径向基神经网络、ARBENC进行数值比较,仿真结果表明:iARBERC具有最快的响应速度、最小的跟踪误差和最优的鲁棒性能,虽然总控制能量有所提高,但偏差在4%以内。最后,将iARBERC应用到无人驾驶车辆跟随控制系统半物理仿真台架中,结果表明,搭载iARBERC的车辆对频繁变化的纵向速度有较好的跟随能力。

关键词: 无人驾驶, 纵向跟随控制, 大脑情感学习, 非线性逼近, 鲁棒性, 半物理仿真

Abstract:

In order to improve the safety of longitudinal follow-up control algorithm for unmanned vehicles, an indirect adaptive brain emotion neural robust controller (iARBERC) was proposed based on the brain emotion learning model and the good nonlinear approximation characteristics of radial basis function neural network. The stability of the control system was proved by Lyapunov analysis method. The simulation results show that iARBERC has the fastest response speed, the smallest tracking error and the best robust performance. Although the total control energy was improved, the deviation is less than 4%. Finally, iARBERC was applied to the semi-physical simulation platform of the following control system of the unmanned vehicle. The results show that the vehicle equipped with iARBERC has good following ability to the frequently changing longitudinal speed.

Key words: unmanned driving, longitudinal following, brain emotional learning, nonlinear approximation, robustness, semi-physical simulation

中图分类号: 

  • U461.9

图1

径向基脑情绪神经学习模型"

图2

iARBERC控制结构图"

表1

三种控制器最小周期运算速度仿真结果"

类别计算时间
RBFNNARBENC(2018)iARBERC
无干扰max0.00640.00720.0032
min3.8860×10-44.0770×10-44.4670×10-4
mean7.6982×10-47.5332×10-47.1550×10-4
正旋干扰max0.00640.00660.0040
min4.0020×10-43.9870×10-43.8680×10-4
mean7.8781×10-47.5654×10-47.6305×10-4
脉冲干扰max0.01030.01200.0104
min0.00270.00260.0024
mean0.00810.00990.0070
测量误差SNR=35max0.04420.01150.0287
min3.7831×10-43.5920×10-43.8900×10-4
mean0.00110.00119.2810×10-4

表2

三种控制器MSE仿真结果"

类别MSE
RBFNNARBENC(2018)iARBERC
无干扰0.001 042 3740.001 090 6520.000 995 991
正旋干扰0.001 048 2590.001 099 0180.001 004 257
脉冲干扰0.001 045 1100.001 094 5350.000 996 313

测量误差

SNR=35

mean0.001 043 3530.001 090 5350.000 996 040
max0.001 051 4340.001 092 1450.001 006 870
min0.001 035 6450.001 088 3230.000 990 060

表3

三种控制器控制能量J仿真结果"

类别J
RBFNNARBENC(2018)iARBERC
无干扰11.448 611.295 811.648 9
正旋干扰12.146 211.955 512.375 1
脉冲干扰13.501 113.352 413.676 9

测量误差

SNR=35

mean14.199 912.290 114.599 34
max14.480 112.471 214.958 85
min13.861 6812.085 114.385 2

图3

无干扰时摆锤角度、角速度变化"

图4

无干扰时摆锤角度与期望轨迹的差值变化"

图5

无干扰时小车控制量变化"

图6

正旋扰动时摆锤角度、角速度变化"

图7

正旋干扰时摆锤角度与期望轨迹的差值变化"

图8

正旋干扰时小车控制量变化"

图9

正旋干扰时小车控制量变化局部放大图"

图10

脉冲扰动时摆锤角度、角速度变化"

图11

脉冲扰动时摆锤角速度变化局部放大图"

图12

脉冲扰动时摆锤角度与期望轨迹的差值变化"

图13

脉冲干扰时小车控制量变化"

图14

脉冲干扰时小车控制量变化局部放大图"

图15

无人驾驶车辆跟随控制系统半物理仿真台架"

图16

匀速直线行驶时的跟踪距离变化"

图17

匀速直线行驶时后车加速度变化(控制器输出)"

图18

匀速直线行驶时前、后车速度变化"

图19

匀速直线行驶时前、后车速度差值变化"

图20

前车节气门开度变化和制动主缸压力变化"

图21

变速直线行驶时跟踪距离变化"

图22

变速直线行驶时后车加速度变化(控制器输出)"

图23

变速直线行驶时前、后车速度变化"

图24

变速直线行驶时前、后车速度差值变化"

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