Improving the robustness of an MPC-based obstacle avoidance algorithm to parametric uncertainty using worst-case scenarios

Previous work by the authors focused on obstacle avoidance in large, high-speed autonomous ground vehicles within unknown and unstructured environments. This work resulted in a nonlinear model predictive control based algorithm that simultaneously optimises both the speed and steering commands. The algorithm can exploit the dynamic limits of the vehicle to navigate it to a target position as quickly as possible without compromising safety. In the algorithm, a model of the vehicle is used explicitly to predict and optimise future actions, but in practice the model parameter values are not known exactly. Thus, in this paper, the robustness of the algorithm to parametric uncertainty is evaluated. It is first demonstrated that using nominal parameter values in the algorithm leads to safety issues in 24% of the evaluated scenarios with the considered parametric uncertainty distributions. To improve the algorithm's robustness, a novel double-worst-case formulation is developed that simultaneously accounts for the robust satisfaction of the two safety requirements of high-speed obstacle avoidance: collision-free and no-wheel-lift-off. Results from simulations with stratified random scenarios and worst-case scenarios show that the double-worst-case formulation renders the algorithm robust to all uncertainty realisations tested. The trade-off between robustness and the task completion performance is also quantified.     

基于模型预测控制无人驾驶车辆避障轨迹跟踪器设计

针对无人驾驶车辆的轨迹跟踪和避障问题,基于模型预测控制算法设计了避障轨迹跟踪控制器,实现避障和轨迹跟踪功能。在不同车速下采用Matlab和CarSim进行联合仿真试验,结果表明:设计的控制器控制性能和稳定性良好,能满足无人驾驶车辆的避障和轨迹跟踪需求。     

船舶避让行动浅析

从建立船舶智能避碰系统所需要的角度出发,对船舶避碰过程中的会遇态势、避让责任、避让时机和避让行动等问题进行了分析和归类。     

船舶绕避热带气旋安全-经济决策模型

为了同时对多个来源的热带气旋预报进行综合处理,对可供船舶选用的绕避方案从安全和经济效益两方面同时给予定量评价和分析,基于神经网络的多源热带气旋路径集成预报和未来风浪场确定技术、风险分析理论和模糊信息优化处理技术以及气象-经济决策理论等方面的最新研究成果,提出了一种可用于大洋中船舶绕避热带气旋方案选优的安全-经济决策模型。在对“天丽海”轮7个不同绕避热带气旋方案进行的模拟优选计算中,该模型能够根据决策者的具体要求,优选出效益最佳或效用最佳的绕航方案,得到的结论与多位具有丰富绕避热带气旋经验的船长分析的最佳绕航方案基本一致。     

舰船自动智能避碰数学模型及其仿真研究

为了提高舰船航行的安全和效率,达到最佳操船效果,需要建立舰船自动智能避碰数字模型.当前模型在分析舰船避碰风险度的基础上,通过人工智能、进化计算和软计算等方法实现舰船自动智能避碰,存在避碰识别准确率较低的问题.本文提出一种新的舰船自动智能避碰数学模型,首先对舰船会遇态势进行判断;然后建立预测舰船碰撞风险判断模型,预测本舰船实施自动智能避碰方案后的复航时机是否已到,以及本舰船立即复航是否能够让清目标舰船或其他所有目标舰船;最后依据舰船碰撞风险判断结果,以当前舰船潜在碰撞风险为例,建立舰船自动智能避碰数学模型.仿真结果证明,所提模型能够实现舰船自动智能避碰.     

船舶追越中避让行动的评价

两船之间在航行中产生追越是它们常见的会遇态势之一。在这种情况下发生的船舶碰撞在海事案例中占有一定的比例。当追越船从被追越船左舷追越的情况时，船舶避让行动有较大的不确定性。在探讨追越情况下船舶碰撞案例的原因、避让行动的结果和国际避碰规则的规定和几何避碰方法等的基础上，对这种态势的避让行动中所存在的问题加以分析，并提出一些解决的方法与建议。     

一种基于模糊原理的碰撞危险度模型

基于“领域”概念和模糊原理，建立起一个用于确定船舶间碰撞危险度的数学模型。该模型不仅综合考虑了多种因素对碰撞危险度的影响，而且简便易行。通过模拟试验表明：本模型能够很好地反映出实际情况，具有较好的效果。     

船舶自动避碰仿真平台的构建与测试方法研究

船舶避碰智能决策的自动生成是实现船舶自动避碰的关键技术之一,如何利用船舶操纵模拟器技术来检验现阶段的研究成果是值得研究的课题。根据船舶避碰智能化方法的研究现状,简述船舶避碰智能自动化方法的基本思想;着重论述基于船舶操纵模拟器技术的“航行安全及自动避碰(NSACA)仿真测试平台”的构建及其实现船舶自动避碰仿真试验的方法;并列举一个典型的仿真试验示例加以分析。试验结果表明:该平台已实现了宽水域船舶避碰决策自动生成与避碰过程自动监控的测试,不失为一种行之有效的测试方法;与实船试验相比,这种测试方法具有灵活高效、安全性和经济性等优点。     

对《1972年国际海上避碰规则》有关“不应妨碍”条款的理解和修改意见

《1972年国际海上避碰规则》(以下简称《规则》)的主要作用是指导船舶驾驶员、引航员如何采取避让行动以避免碰撞事故的发生,以及为船舶间发生碰撞事故后的责任划分提供法律依据,因此,如何正确理解和执行《规则》显得尤为重要。针对《规则》里面"驾驶和航行规则"中的存在容易引起误解的有关"不应妨碍"条款,提出个人的理解和修改意见,以利于《规则》的更加完善和正确实施。