三个差速无人车,一辆车作为领航车,两辆车作为跟随车,基于滑模控制器,先排成三角形,再排成一字型,再排成纵队,python代码

时间: 2023-06-11 19:06:20 浏览: 85
以下是基于滑模控制器实现无人车排成三角形、一字型、纵队的 Python 代码: ```python import numpy as np from scipy.integrate import solve_ivp import matplotlib.pyplot as plt # 定义控制器参数 k1 = 1 k2 = 1 # 定义无人车初始状态 x1_0 = np.array([0, 0, 0, 0]) x2_0 = np.array([5, 0, 0, 0]) x3_0 = np.array([2.5, 4.3, np.pi/3, 0]) x4_0 = np.array([10, 0, 0, 0]) x5_0 = np.array([7.5, 4.3, np.pi/3, 0]) x6_0 = np.array([5, 8.7, np.pi/3, 0]) # 定义控制输入函数 def u(t, x, x_des): e = x - x_des v_des = -k1 * e[:2] - k2 * e[2:] return np.array([v_des[0] * np.cos(x[2]) + v_des[1] * np.sin(x[2]), -v_des[0] * np.sin(x[2]) + v_des[1] * np.cos(x[2])]) # 定义运动学函数 def f(t, x, u): return np.array([x[3] * np.cos(x[2]), x[3] * np.sin(x[2]), u[0], u[1]]) # 定义仿真函数 def simulate(x1_0, x2_0, x3_0, x4_0, x5_0, x6_0, x_des, t_end): x1 = x1_0 x2 = x2_0 x3 = x3_0 x4 = x4_0 x5 = x5_0 x6 = x6_0 t_eval = np.linspace(0, t_end, 1000) x1_hist = [x1] x2_hist = [x2] x3_hist = [x3] x4_hist = [x4] x5_hist = [x5] x6_hist = [x6] for t in t_eval: u1 = u(t, x1, x_des[0]) u2 = u(t, x2, x_des[1]) u3 = u(t, x3, x_des[2]) u4 = u(t, x4, x_des[3]) u5 = u(t, x5, x_des[4]) u6 = u(t, x6, x_des[5]) x1 = solve_ivp(f, (t, t+0.01), x1, args=(u1,)).y[:, -1] x2 = solve_ivp(f, (t, t+0.01), x2, args=(u2,)).y[:, -1] x3 = solve_ivp(f, (t, t+0.01), x3, args=(u3,)).y[:, -1] x4 = solve_ivp(f, (t, t+0.01), x4, args=(u4,)).y[:, -1] x5 = solve_ivp(f, (t, t+0.01), x5, args=(u5,)).y[:, -1] x6 = solve_ivp(f, (t, t+0.01), x6, args=(u6,)).y[:, -1] x1_hist.append(x1) x2_hist.append(x2) x3_hist.append(x3) x4_hist.append(x4) x5_hist.append(x5) x6_hist.append(x6) return np.array(x1_hist), np.array(x2_hist), np.array(x3_hist), np.array(x4_hist), np.array(x5_hist), np.array(x6_hist) # 排成三角形 x_des = [np.array([0, 0, 0, 0]), np.array([5, 0, 0, 0]), np.array([2.5, 4.3, np.pi/3, 0])] t_end = 10 x1_hist, x2_hist, x3_hist, _, _, _ = simulate(x1_0, x2_0, x3_0, x4_0, x5_0, x6_0, x_des, t_end) # 绘制图像 plt.plot(x1_hist[:, 0], x1_hist[:, 1], label='Vehicle 1') plt.plot(x2_hist[:, 0], x2_hist[:, 1], label='Vehicle 2') plt.plot(x3_hist[:, 0], x3_hist[:, 1], label='Vehicle 3') plt.legend() plt.axis('equal') plt.show() # 排成一字型 x_des = [np.array([0, 0, 0, 0]), np.array([5, 0, 0, 0]), np.array([10, 0, 0, 0])] t_end = 10 x1_hist, x2_hist, _, x4_hist, x5_hist, _ = simulate(x1_0, x2_0, x3_0, x4_0, x5_0, x6_0, x_des, t_end) # 绘制图像 plt.plot(x1_hist[:, 0], x1_hist[:, 1], label='Vehicle 1') plt.plot(x2_hist[:, 0], x2_hist[:, 1], label='Vehicle 2') plt.plot(x4_hist[:, 0], x4_hist[:, 1], label='Vehicle 4') plt.plot(x5_hist[:, 0], x5_hist[:, 1], label='Vehicle 5') plt.legend() plt.axis('equal') plt.show() # 排成纵队 x_des = [np.array([0, 0, 0, 0]), np.array([0, 2, np.pi/2, 0]), np.array([0, 4, np.pi/2, 0]), np.array([0, 6, np.pi/2, 0]), np.array([0, 8, np.pi/2, 0]), np.array([0, 10, np.pi/2, 0])] t_end = 10 x1_hist, _, _, x4_hist, _, x6_hist = simulate(x1_0, x2_0, x3_0, x4_0, x5_0, x6_0, x_des, t_end) # 绘制图像 plt.plot(x1_hist[:, 0], x1_hist[:, 1], label='Vehicle 1') plt.plot(x4_hist[:, 0], x4_hist[:, 1], label='Vehicle 4') plt.plot(x6_hist[:, 0], x6_hist[:, 1], label='Vehicle 6') plt.legend() plt.axis('equal') plt.show() ``` 以上代码中,我们首先定义了控制器参数 `k1` 和 `k2`,以及无人车的初始状态 `x1_0`、`x2_0`、`x3_0`、`x4_0`、`x5_0`、`x6_0`。 然后,我们定义了控制输入函数 `u` 和运动学函数 `f`,并使用 `solve_ivp` 函数进行数值积分。最后,我们通过 `simulate` 函数来模拟三辆无人车排成三角形、一字型和纵队的运动。 在绘制图像时,我们使用 `matplotlib` 库来绘制无人车的运动轨迹。

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