【Autoware规控】mpc_follower模型预测控制节点
文章目录
- 1. 技术原理
- 2. 代码实现
1. 技术原理
MPC,即Model Predictive Control(模型预测控制),是一种基于动态模型的控制算法。MPC算法通过建立系统的数学模型,根据当前状态和一定时间内的预测,优化未来的控制输入,从而实现对系统的控制。
MPC算法主要分为以下几个步骤:
1. 建立数学模型:根据系统的物理特性,建立状态空间模型或者传递函数模型。
2. 预测状态:根据当前状态,利用建立的数学模型对未来一段时间内的状态进行预测。
3. 生成控制输入:根据预测的状态和控制目标,利用最优化算法生成控制输入。
4. 执行控制:根据生成的控制输入,执行控制。
5. 更新状态:根据执行的控制输入,更新系统状态,并进入下一次预测和控制循环。
基于模型预测控制的轨迹跟踪算法对未来轨迹的预测和处理多目标约束条件的能力较强。主要体现在:能够考虑系统的非线性和时变性,适用于各种复杂系统的控制;能够考虑多个控制目标,并在它们之间进行平衡和优化;能够对约束条件进行有效的处理,例如系统的输入和输出限制、状态变量的可行性等。
MPC算法可以用于实现车辆的路径跟踪和速度控制。具体地,利用车辆的动态模型,预测未来一段时间内的车辆状态(例如位置、速度、加速度等),并根据预测结果生成最优的车辆控制输入(例如方向盘转角、油门踏板位置、刹车踏板位置等),从而实现对车辆的精确控制。MPC算法还可以考虑车辆与周围环境的交互,例如与其他车辆、行人和路标的交互,从而实现更加安全和高效的自动驾驶。
2. 代码实现
在Autoware中,MPC算法主要实现在mpc_follower节点中。该节点接收/vehicle_status、/vehicle_cmd和/trajectory等消息,其中/vehicle_status消息包括车辆状态信息(例如位置、速度、方向等),/vehicle_cmd消息包括车辆控制指令(例如方向盘转角、油门踏板位置、刹车踏板位置等),/trajectory消息包括规划的车辆轨迹。通过对这些消息的处理,mpc_follower节点可以计算出最优的车辆控制指令,并将其发送给/vehicle_cmd话题,从而实现对车辆的控制。
在实现MPC控制的过程中,需要定义车辆的动态模型、代价函数以及约束条件等。可以通过编辑mpc_param.yaml文件来配置MPC控制的参数。

mpc_follower_core.h
#include <vector>
#include <iostream>
#include <limits>
#include <chrono>
#include <unistd.h>
#include <deque>#include <ros/ros.h>
#include <std_msgs/Float64.h>
#include <std_msgs/Float32.h>
#include <std_msgs/Float64MultiArray.h>
#include <geometry_msgs/PoseStamped.h>
#include <geometry_msgs/TwistStamped.h>
#include <visualization_msgs/MarkerArray.h>
#include <visualization_msgs/Marker.h>
#include <tf2/utils.h>#include <eigen3/Eigen/Core>
#include <eigen3/Eigen/LU>#include <autoware_msgs/ControlCommandStamped.h>
#include <autoware_msgs/Lane.h>
#include <autoware_msgs/VehicleStatus.h>#include "mpc_follower/mpc_utils.h"
#include "mpc_follower/mpc_trajectory.h"
#include "mpc_follower/lowpass_filter.h"
#include "mpc_follower/vehicle_model/vehicle_model_bicycle_kinematics.h"
#include "mpc_follower/vehicle_model/vehicle_model_bicycle_dynamics.h"
#include "mpc_follower/vehicle_model/vehicle_model_bicycle_kinematics_no_delay.h"
#include "mpc_follower/qp_solver/qp_solver_unconstr.h"
#include "mpc_follower/qp_solver/qp_solver_unconstr_fast.h"
#include "mpc_follower/qp_solver/qp_solver_qpoases.h"/** * @class MPC-based waypoints follower class* @brief calculate control command to follow reference waypoints*/
class MPCFollower
{
public:/*** @brief constructor*/MPCFollower();/*** @brief destructor*/~MPCFollower();private:ros::NodeHandle nh_; //!< @brief ros node handleros::NodeHandle pnh_; //!< @brief private ros node handleros::Publisher pub_steer_vel_ctrl_cmd_; //!< @brief topic publisher for control commandros::Publisher pub_twist_cmd_; //!< @brief topic publisher for twist commandros::Subscriber sub_ref_path_; //!< @brief topic subscriber for reference waypointsros::Subscriber sub_pose_; //!< @brief subscriber for current poseros::Subscriber sub_vehicle_status_; //!< @brief subscriber for currrent vehicle statusros::Timer timer_control_; //!< @brief timer for control command computationMPCTrajectory ref_traj_; //!< @brief reference trajectory to be followedButterworth2dFilter lpf_steering_cmd_; //!< @brief lowpass filter for steering commandButterworth2dFilter lpf_lateral_error_; //!< @brief lowpass filter for lateral error to calculate derivatieButterworth2dFilter lpf_yaw_error_; //!< @brief lowpass filter for heading error to calculate derivatieautoware_msgs::Lane current_waypoints_; //!< @brief current waypoints to be followedstd::shared_ptr<VehicleModelInterface> vehicle_model_ptr_; //!< @brief vehicle model for MPCstd::string vehicle_model_type_; //!< @brief vehicle model type for MPCstd::shared_ptr<QPSolverInterface> qpsolver_ptr_; //!< @brief qp solver for MPCstd::string output_interface_; //!< @brief output command typestd::deque<double> input_buffer_; //!< @brief control input (mpc_output) buffer for delay time conpemsation/* parameters for control*/double ctrl_period_; //!< @brief control frequency [s]double steering_lpf_cutoff_hz_; //!< @brief cutoff frequency of lowpass filter for steering command [Hz]double admisible_position_error_; //!< @brief stop MPC calculation when lateral error is large than this value [m]double admisible_yaw_error_deg_; //!< @brief stop MPC calculation when heading error is large than this value [deg]double steer_lim_deg_; //!< @brief steering command limit [rad]double wheelbase_; //!< @brief vehicle wheelbase length [m] to convert steering angle to angular velocity/* parameters for path smoothing */bool enable_path_smoothing_; //< @brief flag for path smoothingbool enable_yaw_recalculation_; //< @brief flag for recalculation of yaw angle after resamplingint path_filter_moving_ave_num_; //< @brief param of moving average filter for path smoothingint path_smoothing_times_; //< @brief number of times of applying path smoothing filterint curvature_smoothing_num_; //< @brief point-to-point index distance used in curvature calculationdouble traj_resample_dist_; //< @brief path resampling interval [m]struct MPCParam{int prediction_horizon; //< @brief prediction horizon stepdouble prediction_sampling_time; //< @brief prediction horizon perioddouble weight_lat_error; //< @brief lateral error weight in matrix Qdouble weight_heading_error; //< @brief heading error weight in matrix Qdouble weight_heading_error_squared_vel_coeff; //< @brief heading error * velocity weight in matrix Qdouble weight_steering_input; //< @brief steering error weight in matrix Rdouble weight_steering_input_squared_vel_coeff; //< @brief steering error * velocity weight in matrix Rdouble weight_lat_jerk; //< @brief lateral jerk weight in matrix Rdouble weight_terminal_lat_error; //< @brief terminal lateral error weight in matrix Qdouble weight_terminal_heading_error; //< @brief terminal heading error weight in matrix Qdouble zero_ff_steer_deg; //< @brief threshold that feed-forward angle becomes zerodouble delay_compensation_time; //< @brief delay time for steering input to be compensated};MPCParam mpc_param_; // for mpc design parameterstruct VehicleStatus{std_msgs::Header header; //< @brief headergeometry_msgs::Pose pose; //< @brief vehicle posegeometry_msgs::Twist twist; //< @brief vehicle velocitydouble tire_angle_rad; //< @brief vehicle tire angle};VehicleStatus vehicle_status_; //< @brief vehicle statusdouble steer_cmd_prev_; //< @brief steering command calculated in previous perioddouble lateral_error_prev_; //< @brief previous lateral error for derivativedouble yaw_error_prev_; //< @brief previous lateral error for derivative/* flags */bool my_position_ok_; //< @brief flag for validity of current posebool my_velocity_ok_; //< @brief flag for validity of current velocitybool my_steering_ok_; //< @brief flag for validity of steering angle/*** @brief compute and publish control command for path follow with a constant control period*/void timerCallback(const ros::TimerEvent &);/*** @brief set current_waypoints_ with receved message*/void callbackRefPath(const autoware_msgs::Lane::ConstPtr &);/*** @brief set vehicle_status_.pose with receved message */void callbackPose(const geometry_msgs::PoseStamped::ConstPtr &);/*** @brief set vehicle_status_.twist and vehicle_status_.tire_angle_rad with receved message*/void callbackVehicleStatus(const autoware_msgs::VehicleStatus &msg);/*** @brief publish control command calculated by MPC* @param [in] vel_cmd velocity command [m/s] for vehicle control* @param [in] acc_cmd acceleration command [m/s2] for vehicle control* @param [in] steer_cmd steering angle command [rad] for vehicle control* @param [in] steer_vel_cmd steering angle speed [rad/s] for vehicle control*/void publishControlCommands(const double &vel_cmd, const double &acc_cmd,const double &steer_cmd, const double &steer_vel_cmd);/*** @brief publish control command as geometry_msgs/TwistStamped type* @param [in] vel_cmd velocity command [m/s] for vehicle control* @param [in] omega_cmd angular velocity command [rad/s] for vehicle control*/void publishTwist(const double &vel_cmd, const double &omega_cmd);/*** @brief publish control command as autoware_msgs/ControlCommand type* @param [in] vel_cmd velocity command [m/s] for vehicle control* @param [in] acc_cmd acceleration command [m/s2] for vehicle control* @param [in] steer_cmd steering angle command [rad] for vehicle control*/void publishCtrlCmd(const double &vel_cmd, const double &acc_cmd, const double &steer_cmd);/*** @brief calculate control command by MPC algorithm* @param [out] vel_cmd velocity command* @param [out] acc_cmd acceleration command* @param [out] steer_cmd steering command* @param [out] steer_vel_cmd steering rotation speed command*/bool calculateMPC(double &vel_cmd, double &acc_cmd, double &steer_cmd, double &steer_vel_cmd);/* debug */bool show_debug_info_; //!< @brief flag to display debug inforos::Publisher pub_debug_filtered_traj_; //!< @brief publisher for debug inforos::Publisher pub_debug_predicted_traj_; //!< @brief publisher for debug inforos::Publisher pub_debug_values_; //!< @brief publisher for debug inforos::Publisher pub_debug_mpc_calc_time_; //!< @brief publisher for debug inforos::Subscriber sub_estimate_twist_; //!< @brief subscriber for /estimate_twist for debuggeometry_msgs::TwistStamped estimate_twist_; //!< @brief received /estimate_twist for debug/*** @brief convert MPCTraj to visualizaton marker for visualization*/void convertTrajToMarker(const MPCTrajectory &traj, visualization_msgs::Marker &markers,std::string ns, double r, double g, double b, double z);/*** @brief callback for estimate twist for debug*/void callbackEstimateTwist(const geometry_msgs::TwistStamped &msg) { estimate_twist_ = msg; }
};
以上。
相关文章:
【Autoware规控】mpc_follower模型预测控制节点
文章目录1. 技术原理2. 代码实现1. 技术原理 MPC,即Model Predictive Control(模型预测控制),是一种基于动态模型的控制算法。MPC算法通过建立系统的数学模型,根据当前状态和一定时间内的预测,优化未来的控…...
成果VR虚拟3D展厅让内容更丰富饱满
随着数字技术的不断发展和普及,数字化展厅成为了一种重要的展示形式。线上虚拟展厅作为数字化展示的一种新形式,采用虚拟现实技术,能够克服时空限制,打破传统展览业的展示模式,为用户提供更加丰富、立体、沉浸式的展览…...
【CE进阶】lua脚本使用
▒ 目录 ▒🛫 导读需求开发环境1️⃣ 脚本窗口Lua ScriptLua EngineAuto assemble2️⃣ 全局变量3️⃣ 进程当前打开的进程ID系统的进程列表系统的顶部窗口列表4️⃣ 线程5️⃣ 输入设备6️⃣ 屏幕7️⃣ 剪贴板🛬 文章小结📖 参考资料&#x…...
【vue2】近期bug收集与整理02
⭐【前言】 在使用vue2构建页面时候,博主遇到的问题难点以及最终的解决方案。 🥳博主:初映CY的前说(前端领域) 🤘本文核心:博主遇到的问题与解决思路 ⭐数据枚举文件的使用 同后端那边发送请求的时,请求返…...
2. 01背包问题
文章目录QuestionIdeasCodeQuestion 有 N 件物品和一个容量是 V 的背包。每件物品只能使用一次。 第 i 件物品的体积是 vi ,价值是 wi 。 求解将哪些物品装入背包,可使这些物品的总体积不超过背包容量,且总价值最大。 输出最大价值。 输入…...
【Docker】CAdvisor+InfluxDB+Granfana容器监控
文章目录原生命令 docker stats容器监控3剑客CIGCAdvisorInfluxDBGranfanacompose容器编排,一套带走新建目录新建3件套组合的 docker-compose.yml检查配置,有问题才有输出 docker-compose config -q启动docker-compose文件 docker-compose up -d测试浏览…...
k8s 部署nginx 实现集群统一配置,自动更新nginx.conf配置文件 总结
k8s 部署nginx 实现集群统一配置,自动更新nginx.conf配置文件 总结 大纲 1 nginx镜像选择2 创建configmap保存nginx配置文件3 使用inotify监控配置文件变化4 Dockerfile创建5 调整镜像原地址使用阿里云6 创建deploy部署文件部署nginx7 测试使用nginx配置文件同步&…...
动态内存管理(上)——“C”
各位CSDN的uu们你们好呀,今天,小雅兰的内容是动态内存管理噢,下面,让我们进入动态内存管理的世界吧 为什么存在动态内存分配 动态内存函数的介绍 malloc free calloc realloc 常见的动态内存错误 为什么存在动态内存分配 我们已…...
GPT-4发布,这类人才告急,大厂月薪10W+疯抢
ChatGPT最近彻底火出圈,各行各业都在争相报道,甚至连很多官媒都下场“跟风”。ChatGPT的瓜还没吃完,平地一声雷,GPT-4又重磅发布! 很多小伙伴瑟瑟发抖:“AI会不会跟自己抢饭碗啊?” 关于“如何…...
MySQL数据库实现主主同步
前言 MySQL主主同步实际上是在主从同步的基础上将从数据库也提升成主数据库,让它们可以互相读写数据库,从数据库变成主数据库;主从相互授权连接,读取对方binlog日志并更新到本地数据库的过程,只要对方数据改变,自己就…...
JavaScript传参的6种方式
JavaScript传参的方式1. 传递基本类型参数2. 传递对象类型参数3. 使用解构赋值传递参数4. 使用展开运算符传递参数5. 使用可选参数6. 使用剩余参数JavaScript是一门非常灵活的语言,其参数传递方式也同样灵活。在本篇文章中,会详细介绍JavaScript中的参数…...
蓝桥之统计子矩阵
样例说明 满足条件的子矩阵一共有 19 , 包含: 大小为 11 的有 10 个。 大小为 12 的有 3 个。 大小为13 的有 2 个。 大小为 14 的有 1 个。 大小为 21 的有 3 个。 前缀和二维数组 前缀和暴力搜索 import java.util.*; public class Main{private static int ans0;pub…...
Java的基础面试题
一.java基础1.JDK和JRE有什么区别?JDK是java开发工具包,JRE是java运行时环境(包括Java基础类库,java虚拟机)2.和equals的区别是什么?比较的是两者的地址值,equals比较的是两者的内容是否一样3.两…...
J1939故障码诊断说明
1:1939整体协议说明 这里主要说明1939不同的协议,对应不同的网络分层 注意了,这里只进行文档解析说明,具体查看去搜素协议的关键字进行理解 2:DMx和FMI 说明 想知道每个代号的具体含义,可以去 saeJ1939…...
XCPC第十三站,贪心问题
一.区间选点 我们采取这样的策略来选点:step(1)将区间按照右端点的大小从小到大排序;step(2)从前往后依次枚举每个区间,如果当前区间中已经包含点,直接pass,否则选当前区…...
一文让你吃透 Vue3中的组件间通讯 【一篇通】
文章目录前情回顾前言1. 父组件 > 子组件通讯传递2. 子组件 > 父组件通讯传递3. 爷孙组件,后代组件通讯数据总结前情回顾 在本专栏前一章节中,我为大家带来了 Vue3 新特性变化上手指南 的归纳梳理,主要介绍了 Vue3 的 Proxy 响应式原理…...
EVE遭遇大规模DDOS攻击,玩家和官方都傻眼了
如果你恰好是一名《星战前夜》(EVE)的国际服玩家(虽然这个几率很小),又恰好因为疫情一直待在家里,那你就真是倒霉透顶了。因为从1月底开始,EVE的服务器就一直受到大规模的DDOS攻击,而…...
【数据结构】二叉树及相关习题详解
新年新气象! 祝大家兔年 财源滚滚! 万事胜意! 文章目录前言1. 树的一些基础概念1.1 树的一些基本概念1.2 树的一些重要概念2. 二叉树的一些基本概念2.1 二叉树的结构2.2 两种特殊的二叉树3. 二叉树的性质4. 二叉树的存储5. 二叉树的基本操作5.1 构造一棵二叉树5.2 二叉树的遍历…...
锂电池充电的同时也能放电吗?
大家应该都有这样经历,我们的手机在充电的同时也能边使用,有的同学就会说了,这是因为手机电池在充电的同时也在放电。如果这样想我们可能就把锂电池类比了一个蓄水池,以为它在进水的同时也能出水,其实这个比喻是错误的…...
通信工程考研英语复试专有名词翻译
中文英文频分多址Frequency Division Multiple Access码分多址Code Division Multiple Access时分多址Time Division Multiple Access移动通信mobile communication人工智能artificial intelligence水声通信Middle-Range Uwa Communication正交频分复用Orthogonal frequency di…...
Llama3-8B微调显存优化实战:在单张RTX 4090上如何用PEFT+TRL跑通SFT?
Llama3-8B微调显存优化实战:单卡RTX 4090的极限挑战 当Meta发布Llama3系列模型时,8B版本因其在消费级硬件上的潜在可行性迅速成为开发者社区的焦点。但将这样一个拥有80亿参数的模型塞进24GB显存的显卡,就像试图把一头大象装进冰箱——理论上…...
Halcon实战:当键盘字符印刷检测遇上位置偏移和亮度不均,差异化模型如何“稳如泰山”?
Halcon差异化模型在键盘字符印刷检测中的实战应用 键盘字符印刷检测是工业视觉领域最具挑战性的任务之一。想象一下,当数千个键盘以每分钟数十个的速度通过传送带时,每个按键上的字符都可能存在印刷缺陷——多墨、少墨、模糊、偏移,甚至完全缺…...
别再装ModelSim了!用HDLBits网页版5分钟搞定Verilog仿真和波形图
5分钟极速验证:用HDLBits网页版替代传统Verilog仿真工具 在图书馆公用电脑上突然有了个FPGA设计灵感,却发现自己没装ModelSim?公司电脑没有管理员权限,无法安装Vivado Simulator?别急着放弃——打开浏览器,…...
2026最权威一键生成论文工具榜单:这些被高校和导师偷偷推荐的软件你用了吗
一键生成论文工具正在重塑学术写作的效率与质量。随着AI技术的不断突破,越来越多高校、导师及科研机构开始关注并推荐这些高效、合规的智能写作助手。依托权威检测平台数据、多所高校实测反馈及用户真实评价,本文将为您揭晓2026年最值得信赖的一键生成论…...
SynthID技术解析:AI生成图像的隐形数字身份证
1. 项目概述:当“眼见”不再为实,我们靠什么守住真实?去年冬天,我帮一个做教育短视频的朋友处理一批AI生成的插画素材。他用的是主流文生图工具,效果确实惊艳——古风课堂场景细腻得能看清宣纸纹理,学生表情…...
【限时公开】盐印相风格Prompt工程黑箱:3类被官方隐藏的--stylize权重阈值,97%用户从未触发过第3级胶片响应
更多请点击: https://codechina.net 第一章:盐印相风格Prompt工程的视觉本质解构 盐印相(Salted Paper Print)作为19世纪早期摄影工艺的代表,其视觉特征——柔和的颗粒质感、低对比度过渡、泛暖棕褐基调与微妙的纸基纤…...
嵌入式工程师核心素养:从测试到系统构建的全链路能力模型
1. 从“明星评选”看嵌入式工程师的成长路径与价值塑造最近看到一篇关于某公司内部“品质与服务创建活动”的报道,评选了四位明星工程师。这让我感触颇深。在嵌入式这个行当里摸爬滚打了十几年,我见过太多技术扎实但默默无闻的同行,也见过一些…...
家居建材营销新趋势:数字化、体验式与可持续方向-佛山鼎策创局破局增长咨询有限公司
鉴于市场竞争程度愈发激烈,加上消费者需求持续升级,家居建材行业已处于营销方式转型的关键要点之处。以往惯用的广告投放手段以及门店促销方式,已无法切合新一代消费者的决策习惯。面对这种形势,行业营销朝着三个主要方向前行&…...
第九届蓝桥杯国赛b组--备战国赛版h
第一题:0换零钞 - 蓝桥云课 模拟 #include <bits/stdc.h> using namespace std; int main() {int a,b,c0;for(a1;a<200;a)//一元钞票{for(b1;b<100;b)//两元钞票{for(c1;c<40;c)//五元钞票{if(ba*10&&(ab*2c*5)200){cout<<abc<&l…...
Array作为顶层参数-优化设计(二)
一、核心代码#include "array_FIFO.h"void array_FIFO (dout_t d_o[4], din_t d_i[4], didx_t idx[4]) { //void array_FIFO (dout_t d_o[4], din_t *d_i, didx_t idx[4]) { #pragma HLS INTERFACE s_axilite register depth4 portd_i //#pragma HLS INTERFACE s_axi…...
