三个差速无人车通过领航-跟随编队,基于滑模控制器,python代码

时间: 2023-06-11 10:06:35 浏览: 211
以下是基于滑模控制器的三个差速无人车领航-跟随编队的Python代码示例: ``` import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义滑模控制器 def sliding_control(x, xd, lambda_): u = -lambda_ * np.sign(x - xd) return u # 定义差速无人车类 class DifferentialDriveVehicle: def __init__(self, x, y, theta, L, v_min, v_max, w_min, w_max): self.x = x self.y = y self.theta = theta self.L = L self.v_min = v_min self.v_max = v_max self.w_min = w_min self.w_max = w_max def update_pose(self, v, w, dt): self.x += v * np.cos(self.theta) * dt self.y += v * np.sin(self.theta) * dt self.theta += w * dt def get_pose(self): return self.x, self.y, self.theta def control(self, x, y, theta, k1, k2, k3): # 计算控制输入 dx = x - self.x dy = y - self.y rho = np.sqrt(dx**2 + dy**2) alpha = np.arctan2(dy, dx) - self.theta alpha = np.arctan2(np.sin(alpha), np.cos(alpha)) beta = -self.theta - alpha + theta beta = np.arctan2(np.sin(beta), np.cos(beta)) v = k1 * rho * np.cos(alpha) w = k2 * alpha + k3 * beta # 对速度和角速度进行限制 v = np.clip(v, self.v_min, self.v_max) w = np.clip(w, self.w_min, self.w_max) # 对差速无人车进行控制 vl = v - self.L/2 * w vr = v + self.L/2 * w return vl, vr # 初始化三个差速无人车 vehicle1 = DifferentialDriveVehicle(0, 0, 0, 0.5, -1, 1, -2, 2) vehicle2 = DifferentialDriveVehicle(2, 0, 0, 0.5, -1, 1, -2, 2) vehicle3 = DifferentialDriveVehicle(4, 0, 0, 0.5, -1, 1, -2, 2) # 定义领航-跟随编队的目标轨迹 T = np.linspace(0, 10, 100) X = np.sin(T) Y = np.cos(T) # 设置滑模控制器参数 lambda_ = 1 epsilon = 1e-5 # 进行仿真 dt = 0.1 for i in range(len(T)): # 计算领航-跟随编队的目标姿态 if i+1 < len(T): x_d, y_d = X[i+1], Y[i+1] else: x_d, y_d = X[-1], Y[-1] theta_d = np.arctan2(y_d - Y[i], x_d - X[i]) # 对三个差速无人车进行控制 vl1, vr1 = vehicle1.control(X[i], Y[i], theta_d, 1, 2, 1) vl2, vr2 = vehicle2.control(vehicle1.x, vehicle1.y, vehicle1.theta, 1, 2, 1) vl3, vr3 = vehicle3.control(vehicle2.x, vehicle2.y, vehicle2.theta, 1, 2, 1) # 计算滑模控制器控制输入 u1 = sliding_control(vehicle1.x - vehicle2.x, epsilon, lambda_) u2 = sliding_control(vehicle2.x - vehicle3.x, epsilon, lambda_) # 对差速无人车进行控制 vehicle1.update_pose((vl1 + u1)/2, (vr1 + u1)/2, dt) vehicle2.update_pose((vl2 + u2)/2, (vr2 + u2)/2, dt) vehicle3.update_pose((vl3 + u2)/2, (vr3 + u2)/2, dt) # 绘制差速无人车轨迹 plt.plot(vehicle1.x, vehicle1.y, 'bo') plt.plot(vehicle2.x, vehicle2.y, 'go') plt.plot(vehicle3.x, vehicle3.y, 'ro') # 绘制目标轨迹 plt.plot(X, Y, 'k--') plt.axis('equal') plt.show() ``` 在上述代码中,我们首先定义了滑模控制器函数`sliding_control()`,然后定义了差速无人车类`DifferentialDriveVehicle`,包括其位置、姿态、车轮间距、速度和角速度限制等属性,以及控制函数`control()`,用于计算控制输入。接着,我们初始化了三个差速无人车,并定义了领航-跟随编队的目标轨迹。在仿真过程中,我们首先计算领航-跟随编队的目标姿态,然后对三个差速无人车进行控制,计算出滑模控制器的控制输入,再进行差速无人车的控制,最后绘制差速无人车的轨迹。

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