Switched Vector Field-based Guidance for General Reference Path Following in Planar Environment

要約

参照パスの追跡は、ほぼすべての設計された自律エージェントの機能における重要なコンポーネントです。
既存の文献にあるいくつかのパスフォローイング ガイダンス手法の中で、ベクトル フィールド ベースのガイダンス アプローチは、そのシンプルさと広範な種類のシナリオの下での安定性の保証により、広く注目を集めています。
しかし、既存の文献のほとんどでは、瞬間的なクロストラック誤差や無人車両の進路角に関係なく、同じクロストラック誤差に依存する所望のベクトル場の構造を使用しているため、より高速な収束を達成する上で非常に制限がかかり、また実行不可能な結果につながります。
多くのシナリオに対応する高回転率コマンド。
この目的を達成するために、本論文は、一般的な基準経路をたどるための新しい切り替えベクトル場ベースのガイダンスを提示します。このガイダンスでは、所望のベクトル場の構造は、瞬間的なクロストラック誤差と車両の進路角度に依存します。
開発された方法は、より高速な収束を保証すると同時に、誘導コマンドが曲率制約を満たす現実的なしきい値内に常に留まるようにするため、キノダイナミック制約を持つ自律走行車に対してより現実的に実装可能になります。
開発された誘導スキームの収束のための理論的分析が提示されます。
相転移時の望ましくないチャタリングの可能性も排除されます。
開発されたアルゴリズムの満足のいくパフォーマンスを検証するために、数値シミュレーション研究が提示されます。

要約(オリジナル)

Reference path following is a key component in the functioning of almost all engineered autonomous agents. Among several path following guidance methods in existing literature, vector-field-based guidance approach has got wide attention because of its simplicity and guarantee of stability under a broad class of scenarios. However, the usage of same cross-track-error-dependent structure of desired vector field in most of the existing literature irrespective of instantaneous cross-track error and course angle of unmanned vehicle makes it quite restrictive in attaining faster convergence and also leads to infeasibly high turn rate command for many scenarios. To this end, this paper presents a novel switched vector field-based guidance for following a general reference path, in which the structure of the desired vector field depends on instantaneous cross-track-error and vehicle’s course angle. While the developed method ensures faster convergence, it also ensures that the guidance command always stays within a realistic threshold satisfying its curvature constraint, thus making it more real-life implementable for autonomous vehicles with kino-dynamic constraints. Theoretical analysis for convergence of the developed guidance scheme is presented. Possibilities of undesirable chattering at phase transitions are also eliminated. Numerical simulation studies are presented to validate the satisfactory performance of the developed algorithm.

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