SUPERVISOR
Mohammad Danesh,Yadollah Zakeri hoseinabadi,Jafar Ghaisari
محمد دانش (استاد راهنما) یداله ذاکری حسین ابادی (استاد مشاور) جعفر قیصری (استاد راهنما)
STUDENT
Nasrin Naderi samani
نسرین نادری سامانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Sliding Mode Controller Design for Parallel Parking System
- For the last two decades, intelligent traortation systems have emerged as an efficient way of improving the performance of traortation systems. One of the key components of these systems is vehicle control system with the aim of developing intelligent vehicles. Intensive researches are carried out in the automotive industry for development of these vehicles that can make the driving procedure easier and more secure. Two kinds of problems in automated control of vehicles are driving on road and automatic parking. Parking a car can be very cumbersome and difficult in many circumstances, so autonomous parking problems of the vehicle have attracted a great deal of attention recently from research organization. This study aims at developing an autonomous parallel parking controller for a vehicle. At first, this system is designed based on the path planning approach. In this approach, a feasible geometry path is planned in advance taking into account the environmental model as well as the nonholonomic constraints, and then control commands are generated to follow the reference path. In order to obtain zero velocity for the vehicle at the initial and goal points of the parking maneuver, as well as, at the point that direction of motion must change, two timing laws for forward and backward maneuvers are proposed and control laws are designed in timing laws-domain. For parking the vehicle in limited space, it is known that switching of moving direction is needed to execute the parking motion. During the motion, the vehicle has to follow the desired given path which may be a consecutive path after a reverse without well convergence for the former desired path. This may cause insufficient convergence to a final desired point which is inside of the parking space in the current problem. In order to overcome this inconvenience, the path tracking controller must be very accurate. A feedback linearization controller is proposed for the reference path tracking. By using this controller, the reference path can be followed even with initial tracking errors and bounded disturbances but, it doesn’t exhibit robustness against parameter variations. In order to construct a robust control structure for tracking the desired path, Sliding Mode Control structure is proposed and stability analysis and controller design theorem of this structure are obtained. The tracking error of these two controllers is negligible, so the vehicle is able to perform the parallel parking task with high accuracy. Also in this thesis, a method for park the vehicle without knowing the parking space dimension, based on RBF network and sliding mode and feedback linearization controller is developed. In this method, the reference path is generated by using the RBF network based on the sonar measurement. The algorithm is computationally efficient because there is no need of any offline path planner which reduces the computational time. Also in this method, due to change of the desired path and direction of motion based on the vehicle’s configuration, the vehicle can be parked in limited area. In each section, the simulation results show effectiveness and applicability of proposed approach. Key words: parallel parking, nonholonomic constraint, kinematic model, feedback
در دو دهه ی اخیر، سیستم های حمل ونقل هوشمند به عنوان یک روش مؤثر برای بهبود عملکرد سیستم های حمل ونقل به کار گرفته شده اند. یکی از اجزای اساسی این سیستم ها، سیستم های کنترل خودرو با هدف توسعه ی خودروهای هوشمند می باشند. این خودروها رانندگی ساده تر و ایمن تر را فراهم نموده و در صنعت اتومبیل سازی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. مسائل مطرح در زمینه ی کنترل خودروهای هوشمند شامل کنترل خودرو هنگام حرکت در جاده و پارک اتوماتیک خودرو می باشند. به دلیل محدودیت موجود در فضای پارک و همچنین محدودیت های غیرهولونومیک خودرو، مسئله ی پارک خودرو با چالش های فراوانی روبرو بوده و در سال های اخیر، تحقیقات گسترده ای در زمینه ی طراحی و پیاده سازی سیستم های پارک اتوماتیک خودرو صورت گرفته است. در این پایان نامه، هدف، طراحی سیستم پارک اتوماتیک خودرو برای حالت پارک موازی می باشد. در ابتدا، این سیستم بر اساس روش طراحی مسیر، ارائه می گردد. در این روش، مسیر پارک به صورت غیربهنگام با توجه به محدودیت های غیرهولونومیک خودرو و موانع ثابت فضای پارک ایجاد شده و سپس به منظور تعقیب مسیر مرجع، کنترل کننده ی مناسبی طراحی می شود. به دلیل موانع موجود در فضای پارک (خودروهای پارک شده)، توجه به توقف کامل خودرو در نقاط اولیه و نهایی مسیر و همچنین در نقطه ی تغییر جهت حرکت ضروری است. به این منظور، دو قانون زمانی برای حرکت به سمت جلو و عقب پیشنهاد می شود و معادلات سینماتیک خودرو در حوزه ی این قوانین زمانی بدست آمده و طراحی کنترل کننده های تعقیب مسیر در حوزه ی قوانین زمانی پیشنهادی صورت می گیرد. با توجه به این که در مسئله ی پارک خودرو در فضای محدود، تغییر جهت حرکت اجتناب ناپذیر است، بنابراین کنترل کننده ی تعقیب مسیر می بایست دقت بالایی داشته باشد، زیرا در صورتی که قبل از تغییر جهت حرکت خطای تعقیب مسیر بزرگ بوده و همگرایی کافی وجود نداشته باشد، در بخش دوم مسیر (بعد از تغییر جهت حرکت) همگرایی به نقطه ی هدف تضمین نخواهد شد. یکی از ساختارهای کنترلی پیشنهاد شده برای تعقیب مسیر مرجع، کنترل کننده ی فیدبک خطی ساز می باشد. این کنترل کننده در برابر وجود خطای اولیه در تعقیب مسیر مرجع و اختلال عملکرد مطلوبی دارد ولی در برابر تغییر پارامتر سیستم مقاوم نبوده و با تغییر نوع خودرو، ناپایدار می گردد. در راستای توسعه ی یک ساختار کنترل مقاوم برای سیستم پارک خودرو، استراتژی کنترل مد لغزشی ایجاد شده و با طراحی سطوح لغزش و قوانین کنترلی مناسب، پایداری سیستم کنترل تحلیل می شود. خطای تعقیب مسیر مرجع با استفاده از کنترل کننده های مذکور بسیار ناچیز است و این ویژگی خودرو را قادر می سازد تا با دقت بالا در فضای پارک قرار گیرد. همچنین، هدف دیگری که در این پایان نامه دنبال می شود، توسعه ی روشی برای پارک خودرو بدون نیاز به شناسایی ابعاد فضای پارک، بر اساس شبکه ی عصبی RBF و استراتژی های کنترل مد لغزشی و فیدبک خطی ساز می باشد. در این روش بر خلاف روش های قبل، قبل از شروع به حرکت، مسیر مرجعی برای تعقیب وجود ندارد بلکه نقاط مسیر مرجع در طول حرکت با پردازش اطلاعات بدست آمده از سنسورهای آلتراسونیک نصب بر روی خودرو، توسط شبکه ی عصبی RBF بدست می آیند و در اختیار کنترل کننده های تعقیب مسیر قرار می گیرند. با استفاده از این روش، حجم و زمان محاسبات لازم برای طراحی مسیر کاهش می یابد. همچنین در این روش، تغییر مسیر مرجع و جهت حرکت خودرو بر اساس حالت آن، خودرو را قادر به پارک در فضای محدود می کند. برای هر بخش از کارهای انجام شده، نتایج شبیه سازی، صحت و کارایی عملی روش های پیشنهادی را به وضوح تأیید می کنند. کلمات کلیدی: پارک موازی خودرو؛محدودیت های غیرهولونومیک؛مدل سینماتیک خودرو؛کنترل کننده ی فیدبک خطی ساز؛کنترل کننده ی مد لغزشی؛شبکه ی عصبی RBF