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経路追従制御arXiv:2606.18630

DNN Koopmanに基づくUGV経路追従制御の偏差補償:斜面とポットホール道路の複合環境向け

DNN Koopman-Based Deviation Compensation for UGV Path Tracking Control on Coupled Slope and Potholed Road

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不整地でのUGV経路追従精度向上のため、DNN Koopman理論を用いた偏差補償手法を提案し、斜面とポットホール道路での実験で有効性を検証した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- オフロード環境のUGVを対象に、DNN Koopmanベースの偏差補償戦略を提案。 - 結合スロープとポットホール路面での経路追従制御性能を向上させる。 - タイヤコーナリングスティフネス推定、LMPC、DK補償、EPCメカニズムを統合。 - HiL実験で検証し、複数条件で11.5%以上の追従性能改善を達成。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来のUGV経路追従制御は複雑な地形外乱に弱い。 - 結合スロープとポットホール路面の両方に対応する統合手法は少ない。 - LMPCとDK補償を組み合わせ、計算資源を抑えつつ精度を向上。 - EPCメカニズムで補償の信頼性と車両安定性を確保。

3. 技術・手法の肝は?

- 結合スロープ上の車両動力学に基づき、適応忘却再帰最小二乗法(decoupled error terms付き)でタイヤコーナリングスティフネスを推定。 - Laguerre関数を組み込んだLMPCで経路追従制御を設計。 - Koopman operator theoryとDNNを統合したDK偏差補償法を提案。 - 補償活性化基準と信頼性検証に基づくEPCメカニズムでLMPCとDKを結合。

4. どうやって有効だと検証した?

- ハードウェアインザループ(HiL)実験プラットフォームを構築。 - 複数の動作条件で実験を実施。 - 提案手法が追従性能を11.5%以上改善することを確認。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない。 - 関連手法として、Koopman operator theory、Laguerre model predictive control (LMPC)、adaptive forgetting recursive least squares、hardware-in-the-loop (HiL) 実験に関する論文が挙げられる。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Jian Zhao, Wenbo Zhou, Zhicheng Chen, Bing Zhu, Jiayi Han, Dongjian Song, Yinju Lin, Peixing Zhang

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Unmanned ground vehicles (UGVs) operating in off-road scenarios are confronted with complex terrain disturbances that can substantially degrade path tracking performance. To address this challenge, this paper proposes a deep neural network (DNN) Koopman-based deviation compensation strategy for UGV path tracking control. Firstly, based on the vehicle dynamic function on coupled slope, an adaptive forgetting recursive least squares method with decoupled error terms is designed to estimate tire cornering stiffness. On this basis, a Laguerre model predictive control (LMPC) path tracking control strategy is designed by incorporating Laguerre functions, which can reduce computational resource usage while maintaining reliable tracking performance across different coupled slope scenarios. Then, by integrating Koopman operator theory with DNN, a DNN Koopman (DK) path deviation compensation method is proposed, which significantly improves the path tracking accuracy of UGV under potholed road disturbances. Furthermore, an event-triggered parallel cooperative (EPC) compensation mechanism that couples LMPC with DK is established based on compensation activation criteria and credibility verification. This mechanism improves path tracking accuracy on potholed road while ensuring the feasibility of overall steering command and stability of vehicle after DK compensation. Finally, a hardware-in-the-loop (HiL) experimental platform is constructed for validation. Experimental results demonstrate that the proposed UGV path tracking strategy improves tracking performance by more than 11.5% across multiple operating conditions.

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