Controle preditivo em tempo-real para seguimento de trajetória de veículos autônomos

Abstract

Neste trabalho é realizado o estudo e a implementação de um sistema tempo-real embarcado para realizar o controle de seguimento de trajetória em veículos autônomos. O sistema desenvolvido emprega técnica de controle preditivo baseado em modelo, sendo destinado ao controle do comportamento cinemático e também do comportamento dinâmico do veículo. O controle do comportamento cinemático é baseado em modelo linearizado utilizando sistema de coordenadas locais e técnica de geração de trajetórias de aproximação, buscando uma condução suave e factível. O controle do comportamento dinâmico é destinado a aplicações de alto desempenho. O projeto e a implementação do sistema em questão foram desenvolvidos com base no paradigma de orientação a objetos visando a obtenção de código modular e de fácil manutenção, e que apresente estrutura lógica favorável à reutilização de software e à portabilidade. Realizou-se também uma análise criteriosa das restrições temporais do sistema, por ser este um sistema de tempo-real. Através de ensaios experimentais em diferentes plataformas comprova-se a eficiência do sistema embarcado desenvolvido, tanto em termos das técnicas de controle como da estruturação da aplicação. This work presents design and implementation of a real-time embedded system for path following on autonomous vehicle applications. The system uses Model Based Predictive Control algorithm and can be applied to control the kinematic and the dynamic behavior of autonomous vehicles. The kinematic behavior control is based on a linearized model using local frame coordinates and approaching path, to get smooth and feasible guidance. The dynamic behavior control is destined to high performance applications. The system's design and implementation process is based on the object-orientated paradigm, aiming for modularity, maintainability, extensibility, and reusability of the system software. Furthermore, the design process was driven to design the system in a platform-independent manner. Due to real-time caracteristics, detailed time constrains analysis are also performed. Experimental tests were performed to validate the system's eficiency regarding the control technique as far as the application structuring.