تحسين تعقب المسار لنظام روبوت متنقل ذاتي الحركة

رسالة ماجستير

اسم الباحث : غيداء هادي صالح

اسم المشرف : أ.م.د. أحمد عبد الهادي أحمد ; أ.م.د. حيدر جليل كامل

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : علوم الهندسة الكهربائية

سنة نشر البحث : 2022

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

يتطلب الروبوت المتنقل المستقل مثل المركبة المستقلة معاييرعالية الدقة لتتبع ملفات تعريف السرعة المطلوبة والمسار المحدد مسبقًا. بعض التحديات في تطوير أنظمة التمثيل الذاتي، مثل بناء نموذج رياضي، تصميم أنظمة التحكم الطولية والجانبية، وتقنية التحسين لا تزال مواضيع مهمة.

تهتم هذه الأطروحة ببناء نموذج السيارة والدراجة الذي يحكم حركة السيارة المستقلة من حيث نموذج السيارة الديناميكي الطولي والحركة الطولية والجانبية لنموذج الدراجة الحركية. لضبط حركة السيارة ذاتية القيادة ، يتم اقتراح استراتيجيات تحكم مختلفة.

تم اقتراح جهاز التحكم النسبي المتكامل المشتق (PID) للتعامل مع مشغلات الخانق / الفرامل لنموذج السيارة الديناميكي الطولي لتتبع السرعات المرجعية المختلفة. علاوة على ذلك ، تم اقتراح وحدة التحكم التناسبية (P) للحركة الطولية بينما اقترح أربع وحدات تحكم للحركة الجانبية لتوجيه نموذج الدراجات الحركية بسرعات مختلفة بشكل صحيح هي: المشتق المتكامل النسبي المعدل لتعقب المسار (PTMPID) ، و PID ، و Stanley ، ووحدات تحكم Stanley المعدلة (MS). تم إجراء المقارنة بين أجهزة التحكم الجانبية لمعرفة الأفضل.

تم تحسين معلمات وحدات التحكم بطريقتين جديدتين للتحسين هما خوارزميات تحسين Hybrid Salp Swarm وال Butterfly (HSSABOA1 و HSSABOA2). ومع ذلك ، للتحقق من كفاءة أداء الخوارزميات المقترحة ، تمت مقارنتها بالخوارزميات الأساسية: خوارزمية تحسين الفراشة (BOA) و خوارزمية تحسين Salp(SSA) بالإضافة إلى الخوارزميات الشائعة الاستخدام ، وهي الخوارزمية الجينية (GA) ، وخوارزميات تحسين مستعمرة النمل ( (ACO، و تحسين سرب الجسيمات ((PSO. في تقنيات التحسين هذه ، يتم استخدام (IAE) و (RMSE) كدوال هدف لتقليل أخطاء تتبع السرعة والتوجيه على التوالي.

وجدت نتائج المحاكاة أن المتحكم PID القائم على HSSABOA1 لنموذج السيارة الديناميكي لديه الحل الأفضل لتقليل خطأ السرعة بنسبة تحسن (8.6088٪) , (5.0226٪) , (2.5074٪) , (0.0306٪) , و (0.2295٪) من PID القائم على GA) و ACO و PSO و BOA و (SSA بالترتيب. علاوة على ذلك ، فقد تتبع أيضًا ملفات تعريف السرعة المختلفة بنجاح. في المقابل ، فإن PTMPID القائم على HSSABOA1 لديه أداء أفضل ، في تقليل الخطأ الجانبي إلى جانب زيادة النسبة المئوية بنسبة (10.523٪) , (19.456٪) , (83.276٪) , (18.263٪) , و (94.005٪) من PTMPID-SSA PTMPID-BOA, 2Stanley-HSSABOA و 2 Stanley-HSSABOA المعدل و PID- HSSABOA1 على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، تمكنت من تتبع مناورة الطريق بسرعات طولية مختلفة دون تذبذب كبير.

Optimization of Path Tracking of Self-Acting Mobile Robotic System

Abstract

An autonomous mobile robot system such as an autonomous vehicle requires high criteria of accuracy to track the desired speed profiles and predefined trajectory. Some challenges in the development of self-acting systems, like building a mathematical model, designing longitudinal and lateral control systems, and the optimization technique are still significant topics.
This thesis is concerned with constructing the (vehicle and bicycle) models which govern the motion of the autonomous vehicle in terms of the longitudinal dynamic vehicle model and both longitudinal, lateral motions for the kinematic bicycle model. To set the motion of the driverless vehicle, various control strategies are proposed.
The Proportional Integral Derivative (PID) controller was suggested to manipulate throttle/brake actuators of the longitudinal dynamic vehicle model to track various reference speeds. Besides, the proportional (P) controller was proposed for longitudinal motion while four controllers for lateral motion were proposed to steer the kinematic bicycle model at various speeds correctly which are: Path Tracking Modified Proportional Integral Derivative (PTMPID), PID, Stanley, and Modified Stanley (MS) controllers. The comparison between lateral controllers was accomplished to know which one is the best.
The parameters of the controllers are optimized with two new optimization methods: Hybrid Salp Swarm and Butterfly Optimization Algorithms (HSSABOA1 and HSSABOA2). However, to investigate the performance competence of the suggested algorithms, they have been compared with the basic algorithms: Butterfly Optimization Algorithm (BOA) and Salp Swarm Algorithm (SSA) in addition to commonly used algorithms; Genetic Algorithm (GA), Ant Colony Optimization (ACO) algorithm, and Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. In these optimization techniques, the Integral Absolute Error (IAE) and Root Mean Square Error (RMSE) are used as objective functions to minimize tracing errors of the speed and steering, respectively.
The simulation results found that the PID controller based on HSSABOA1 for the dynamic vehicle model has the best solution to reduce the speed error with an improvement percentage of (8.6088%), (5.0226%), (2.5074%), (0.0306%), and (0.2295%) than PID based on GA, ACO, PSO, BOA, and SSA, in the order. Moreover, it also has traced various speed profiles successfully.
In contrast, the PTMPID based on HSSABOA1 has better performance; in the minimization of the lateral error beside a percentage enhancement by (10.523%), (19.456%), (83.276%), (18.263%), and (94.005%), than PTMPID-SSA, PTMPID-BOA, Stanley-HSSABOA2, modified Stanley-HSSABOA2, and PID-HSSABOA1, respectively. In addition, it also managed to track the road maneuver with various longitudinal speeds without large vacillation.