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基于改进人工势场法的车辆路径规划与跟踪控制
基于改进人工势场法的车辆路径规划与跟踪控制
摘要：
车辆路径规划和跟踪控制是自动驾驶技术的关键研究领域之一。传统的人工势场法是一种常用的路径规划方法，但在复杂环境中存在局限性，容易陷入局部极值点。为了提高路径规划的性能和效果，在该论文中，我们将介绍一种基于改进人工势场法的车辆路径规划与跟踪控制方法。通过分析问题的本质和现有方法的不足之处，我们将引入一种改进的势场函数和路径规划算法，以提高路径规划的成功率和效率。同时，我们还将设计一个车辆跟踪控制器，用于实现路径规划的实时控制。最后，我们通过仿真实验验证了该方法的有效性和性能。
关键词：车辆路径规划，人工势场法，改进势场函数，路径规划算法，跟踪控制器
第一章引言
自动驾驶技术的快速发展使车辆路径规划与跟踪控制成为研究的热点领域。路径规划是指根据场景信息和任务要求，为车辆选择一条最佳路径以实现目标。然后，跟踪控制是通过实时控制车辆的运动，使其沿着规划的路径行驶。这两个问题互相依赖，因此需要协同解决。
第二章相关工作
2.1人工势场法的原理及局限性
2.2基于A*算法的路径规划方法
2.3基于模型预测控制的跟踪控制
第三章改进的人工势场法
3.1势场函数设计
为了解决传统人工势场法的局限性，我们设计了一种改进的势场函数。该函数结合了车辆的目标位置、障碍物的位置和车辆的当前位置，以实现更有效的路径规划。具体来说，我们通过引入一种局部势场和全局势场的组合方式，使得车辆能够在复杂的环境中避开障碍物，并选择最佳路径。同时，我们还将考虑车辆的动态约束条件，以确保规划的路径是可行的。
3.2路径规划算法
基于改进的势场函数，我们设计了一种路径规划算法。该算法首先根据车辆和目标位置之间的势场梯度信息，计算车辆的期望朝向。然后，根据局部势场和全局势场的组合，选择最优的路径。最后，通过迭代优化的方式，不断更新路径，直到找到一条满足约束条件的最佳路径。
第四章路径跟踪控制器设计
为了实现路径规划的实时控制，我们设计了一个路径跟踪控制器。该控制器通过实时监测车辆的位置和期望朝向，计算车辆的控制指令，使其沿着规划的路径行驶。具体来说，我们采用模型预测控制的方法，通过建立车辆的动力学模型，并结合车辆的倒车转向模式，实现路径跟踪控制。
第五章仿真实验与结果分析
为了验证该方法的有效性和性能，我们进行了一系列的仿真实验。通过对比传统的人工势场法和改进的人工势场法，以及路径规划算法和跟踪控制器的结果，我们证明了改进方法的优越性。具体来说，改进方法在复杂环境中更容易找到最佳路径，而且跟踪控制器能够有效控制车辆行驶。
第六章结论与展望
通过对基于改进人工势场法的车辆路径规划与跟踪控制的研究，我们得出了一些结论。首先，改进人工势场法能够在复杂环境中更好地规划车辆的路径。其次，通过合理设计的跟踪控制器能够实现路径规划的实时控制。最后，通过仿真实验的验证，我们证明了改进方法的有效性和性能。未来的工作可以进一步优化路径规划算法和跟踪控制器，以实现更精确和高效的自动驾驶技术。
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