MPC 车辆速度跟踪代码

MPC（Model Predictive Control，模型预测控制）是一种先进的控制策略，它在每个控制步骤中解决一个有限时间的最优控制问题，以预测未来系统的行为，并计算出当前时刻的最优控制输入。在车辆速度跟踪的应用中，MPC可以用来控制车辆以达到期望的速度曲线。

一个基本的MPC车辆速度跟踪的代码框架通常包括以下几个步骤：

1. 定义模型：首先需要定义车辆的动力学模型，这可以是一个简化的线性模型或者更复杂的非线性模型。

2. 初始化参数：设置MPC控制器的相关参数，包括预测时间范围、控制频率、约束条件等。

3. 优化问题构建：构建一个基于目标函数和约束条件的优化问题。目标函数通常包括对跟踪误差和控制输入的变化率的惩罚项。

4. 求解优化问题：在每个控制步中，使用优化算法（如二次规划、线性规划等）求解上述构建的优化问题，得到最优的控制序列。

5. 控制应用：将求解得到的最优控制序列的第一个控制量应用于车辆，其余的控制量在下一个控制周期中重新计算。

6. 迭代：重复步骤4和5，直到达到预定的预测时间范围。

由于MPC通常需要进行在线计算，因此对于实时性要求较高的应用场合，高效的代码实现尤为重要。

相关问题

mpc 车辆轨迹跟踪控制器代码

车辆轨迹跟踪控制器是一种用于控制车辆沿特定轨迹行驶的控制算法。其中，MPC代表模型预测控制（Model Predictive Control）。MPC控制器的代码可以基于以下步骤实现。

首先，需要定义车辆的动力学模型，包括车辆的质量、车辆的转向能力、车辆的加速能力等。这些参数将用于预测车辆在未来一段时间内的状态。

接下来，需要设定目标轨迹。目标轨迹可以通过预先规划或者实时路径规划算法生成。目标轨迹可以表示为一系列离散的（x，y）坐标点。

然后，利用车辆的当前状态和目标轨迹，计算出车辆到达目标轨迹需要的控制输入。这些控制输入包括车辆的转向角度和加速度。

在MPC控制中，一般采用优化算法来求解最优控制输入。可以使用数值优化方法，如线性二次规划（LQR）或者非线性模型预测控制（NMPC）。

在每个控制周期中，通过将当前状态和目标轨迹输入到优化算法中，得到当前最优的控制输入。然后将这些控制输入应用到车辆上，使车辆沿着目标轨迹行驶。

需要注意的是，MPC控制器的代码需要实时运行，因此需要考虑计算时间的限制。可以采用一些加速技术，如并行计算或者近似优化方法来提高计算效率。

总结来说，MPC车辆轨迹跟踪控制器的代码主要涉及车辆动力学模型的定义、目标轨迹的设定以及利用优化算法计算最优控制输入。这些代码需要实时运行，并且可以考虑一些加速技术来提高计算效率。

基于mpc算法的车辆轨迹跟踪，matlab代码

以下是基于 MPC 算法实现车辆轨迹跟踪的 MATLAB 代码示例：

%% 建立车辆动力学模型和环境模型
% 定义车辆动力学参数
m = 1000; % 质量
Cf = 16000; % 前轮侧向刚度
Cr = 18000; % 后轮侧向刚度
Lf = 1.2; % 前轴到重心距离
Lr = 1.8; % 后轴到重心距离
Vx = 10; % 车速

% 定义状态变量和控制变量
x = [0; 0; 0; Vx]; % 初始状态，分别为横向位移、横向速度、偏航角、纵向速度
u = [0; 0]; % 初始控制量，分别为前轮转角和后轮转角

% 定义预测时域和控制时域
Np = 10; % 预测时域
Nc = 2; % 控制时域

% 定义状态权重和控制权重
Q = diag([10, 100, 1, 1]); % 状态权重
R = diag([1, 1]); % 控制权重

% 定义约束条件
delta_max = 0.5; % 前轮转角限制
alpha_max = deg2rad(10); % 前轮侧偏角限制

% 定义 MPC 控制器
mpc_controller = mpc(tf({Cf, Cr}, {m*Lr, m*Lf+ m*Lr, m*Vx, 0}), Vx, Np, Nc, Q, R, [], [], [delta_max; alpha_max], [], []);

%% MPC 控制循环
for i = 1:100
    % 从传感器获取当前状态
    y = [0; 0; 0; Vx]; % 假设当前状态与初始状态相同
    
    % 更新 MPC 控制器并生成控制命令
    mpc_controller = mpc_controller.setref({[], [], [], []}, {0, 0, 0, 20}); % 设置期望轨迹
    u = mpc_controller(y);
    
    % 计算下一时刻状态
    x = vehicle_model(x, u);
    
    % 更新环境模型
    Vx = 10; % 假设车速不变
end

%% 车辆动力学模型函数
function x_next = vehicle_model(x, u)
    % 解算车辆运动学方程
    A = [0, 1, 0, 0;
         0, 0, -u(1), 0;
         0, 0, 0, 1;
         0, 0, (u(1)*Lr - u(2)*Lf)/(m*x(4)), 0];
    B = [0, 0;
         Cf/m, -Cr/m;
         0, 0;
         Lf*Cf/(m*x(4)), -Lr*Cr/(m*x(4))];
    x_next = A*x + B*u;
end

上述代码中，首先定义了车辆动力学模型参数、状态变量和控制变量、预测时域和控制时域、状态权重和控制权重、约束条件等参数。然后，通过 MPC 控制器函数 `mpc()`，建立 MPC 控制器，并在控制循环中不断更新 MPC 控制器并生成控制命令，同时计算下一时刻状态，并更新环境模型。最后，定义了车辆动力学模型函数 `vehicle_model()`，用于解算车辆运动学方程。

需要注意的是，这只是一个简单的示例，实际应用中需要根据具体情况进行参数调整和优化。