آموزش سیستم های کنترل کاربردی 2: اتومبیل های خودران (360 ردیابی)

سرفصل ها و درس ها

تجدید نظر Revison

• مقدمه و دستورالعمل های کلی Introduction & general instructions

• معادلات فرمول حرکت در جهت جانبی Equations of motion formulation in the lateral direction

• رفتن از معادلات حرکت به معادلات فضای حالت Going from equations of motion to the state-space equations

• محدودیت های کنترل کننده از فرض زاویه انحراف کوچک 1 Controller limitations from the small yaw angle assumption 1

• محدودیت های کنترل کننده از فرض زاویه انحراف کوچک 2 Controller limitations from the small yaw angle assumption 2

• کنترل مبتنی بر مدل در مقابل PID Model Based Control VS PID

• تجدید نظر در معادلات جعبه گیاه Revision of the plant box equations

• تجدید نظر در اصل اساسی MPC Revision of the MPC basic principle

• بازنگری در ساخت سیستم LTI گسسته Revision of making the LTI system discrete

• بازنگری در نحوه پیش‌بینی MPC وضعیت‌های آینده Revising how MPC predicts future states

• بازنگری در تقویت مدل فضای حالت LTI - تمرین Revision of augmenting the LTI state space model - exercise

• بازنگری در تقویت مدل فضای حالت LTI - راه حل Revision of augmenting the LTI state space model - solution

• بازبینی فرمول مجدد تابع هزینه MPC Revision of MPC cost function reformulation

معادلات فضایی گیاه را بیان کنید State space equations for the plant

• مقدمه ای بر معادلات حرکت Intro to equations of motion

• تجزیه و تحلیل نیروها در جهت طولی Analyzing forces in the longitudinal direction

• تجزیه و تحلیل نیروها در جهت جانبی Analyzing forces in the lateral direction

• تشکیل معادلات حرکت Forming the equations of motion

• تشکیل نیروهای جانبی 1 Forming the lateral forces 1

• تشکیل نیروهای جانبی 2 Forming the lateral forces 2

• تشکیل نیروهای جانبی 3 Forming the lateral forces 3

• تشکیل نیروهای جانبی 4 Forming the lateral forces 4

• تجزیه و تحلیل شتاب خالص در یک قاب بدنه دوار (نیروها) 1 Analyzing net acceleration in a rotating body frame (forces) 1

• تجزیه و تحلیل شتاب خالص در یک قاب بدنه چرخان (نیروها) 2 Analyzing net acceleration in a rotating body frame (forces) 2

• تجزیه و تحلیل شتاب خالص در یک قاب بدنه چرخان (نیروها) 3 Analyzing net acceleration in a rotating body frame (forces) 3

• تجزیه و تحلیل شتاب خالص در یک قاب بدنه چرخان (نیروها) 4 Analyzing net acceleration in a rotating body frame (forces) 4

• تجزیه و تحلیل شتاب خالص در یک قاب بدنه چرخان (لحظه) Analyzing net acceleration in a rotating body frame (moments)

• ساده سازی های انجام شده در درس قبل در معادلات حرکت Simplifications made in the previous course in the equations of motion

• رفتن از معادلات حرکت به معادلات فضای حالت - تمرین Going from equations of motion to the state-space equations - exercise

• رفتن از معادلات حرکت به معادلات فضای حالت - حل Going from equations of motion to the state-space equations - solution

• پیگیری! Follow up!

LPV - MPC - بدون محدودیت (مقدمه ای به روش متغیر پارامتر خطی) LPV - MPC - no constraints (Intro to Linear Parameter Varying method)

• مقدمه ای بر تکنیک های تغییر پارامتر خطی 1 Intro to Linear Parameter Varying techniques 1

• مقدمه ای بر تکنیک های تغییر پارامتر خطی 2 Intro to Linear Parameter Varying techniques 2

• مقدمه ای بر تکنیک های متغیر پارامتر خطی 3 Intro to Linear Parameter Varying techniques 3

• مقدمه ای بر تکنیک های متغیر پارامتر خطی 4 Intro to Linear Parameter Varying techniques 4

• تبدیل معادلات فضای حالت خودرو به شکل LPV 1 Converting the car's state space equations in the LPV form 1

• تبدیل معادلات فضای حالت خودرو به شکل LPV 2 Converting the car's state space equations in the LPV form 2

• تبدیل معادلات فضای حالت خودرو به شکل LPV 3 Converting the car's state space equations in the LPV form 3

• انتخاب خروجی برای سیستم خودرو 1 Choosing the outputs for the car system 1

• انتخاب خروجی برای سیستم خودرو 2 Choosing the outputs for the car system 2

• انتخاب خروجی برای سیستم خودرو 3 Choosing the outputs for the car system 3

• انتخاب خروجی ها برای سیستم خودرو 4 Choosing the outputs for the car system 4

• انتخاب خروجی ها برای سیستم خودرو 5 Choosing the outputs for the car system 5

• بازبینی برنامه کنترلر MPC Revision of the MPC controller application

• تفاوت در برنامه MPC 1: LTI در مقابل LPV Differences in the MPC application 1: LTI vs LPV

• تفاوت در برنامه MPC 2: LTI در مقابل LPV Differences in the MPC application 2: LTI vs LPV

• تفاوت در برنامه MPC 3: LTI در مقابل LPV Differences in the MPC application 3: LTI vs LPV

• تفاوت در برنامه MPC 4: LTI در مقابل LPV Differences in the MPC application 4: LTI vs LPV

• تفاوت در برنامه MPC 5: LTI در مقابل LPV Differences in the MPC application 5: LTI vs LPV

• ساده سازی LPV-MPC در یک پهپاد پهپاد LPV-MPC simplification in a UAV drone case

• توصیه های کلی برای ردیابی یک مسیر مرجع General recommendations for tracking a reference trajectory

• چرا محدودیت های MPC و چند جمله ای های مکعبی؟ Why MPC constraints & cubic polynomials?

LPV - کنترل کننده MPC - با محدودیت + چند جمله ای مکعبی LPV - MPC controller - with constraints + cubic polynomials

• مقدمه ای بر محدودیت های MPC - شهود 1 Intro to MPC constraints - intuition 1

• مقدمه ای بر محدودیت های MPC - شهود 2 Intro to MPC constraints - intuition 2

• مقدمه ای بر محدودیت های MPC - شهود 3 Intro to MPC constraints - intuition 3

• مقدمه ای بر محدودیت های MPC - شهود 4 Intro to MPC constraints - intuition 4

• مقدمه ای بر حلگرهای درجه دوم 1 Intro to quadratic solvers 1

• مقدمه ای بر حلگرهای درجه دوم 2 Intro to quadratic solvers 2

• مقدمه ای بر حلگرهای درجه دوم 3 Intro to quadratic solvers 3

• Quadprog در Matlab در مقابل Qpsolvers در Python Quadprog in Matlab vs Qpsolvers in Python

• محدودیت های ثابت در مقابل تغییر خودرو 1 The car's fixed vs changing constraints 1

• محدودیت‌های ثابت خودرو در مقابل تغییر 2 The car's fixed vs changing constraints 2

• حداقل نقطه یک تابع هزینه برای بسیاری از ابعاد (بدون محدودیت) Minimum point of a cost function for many dimensions (no constraints)

• حداقل نقطه یک تابع هزینه برای بسیاری از ابعاد (با محدودیت) Minimum point of a cost function for many dimensions (with constraints)

• فرمول بندی محدودیت ها برای ورودی های کنترل MPC 1 Formulating the constraints for the MPC control inputs 1

• فرمول بندی محدودیت ها برای ورودی های کنترل MPC 2 Formulating the constraints for the MPC control inputs 2

• فرمول بندی محدودیت ها برای حالت ها 1 Formulating the constraints for the states 1

• فرمول بندی محدودیت ها برای حالت ها 2 Formulating the constraints for the states 2

• فرمول بندی محدودیت ها برای حالت ها 3 Formulating the constraints for the states 3

• فرمول بندی محدودیت ها برای حالت ها 4 Formulating the constraints for the states 4

• فرمول بندی محدودیت ها برای حالت ها 5 Formulating the constraints for the states 5

• فرمول بندی محدودیت ها برای حالت ها 6 Formulating the constraints for the states 6

• کاربرد و نتایج محدودیت های MPC Application & results of the MPC constraints

• حالت عدم وجود راه حل در مسئله کنترل بهینه سازی 1 The case of no solutions in the optimization control problem 1

• حالت عدم وجود راه حل در مسئله کنترل بهینه سازی 2 The case of no solutions in the optimization control problem 2

• حالت بدون راه حل در مسئله کنترل بهینه سازی 3 The case of no solutions in the optimization control problem 3

• نیاز ماتریس قطعی مثبت 1 The positive definite matrix requirement 1

• نیاز ماتریس قطعی مثبت 2 The positive definite matrix requirement 2

• نیاز ماتریس قطعی مثبت 3 The positive definite matrix requirement 3

• نظر کوچک در مورد وزنه های MPC Small comment about MPC weights

• نیاز ماتریس قطعی مثبت 4 The positive definite matrix requirement 4

• طراحی مسیرها با چندجمله ای های مکعبی 1 Designing trajectories with cubic polynomials 1

• طراحی مسیرها با چندجمله ای های مکعبی 2 Designing trajectories with cubic polynomials 2

• طراحی مسیرها با چندجمله ای های مکعبی 3 Designing trajectories with cubic polynomials 3

• طراحی مسیرها با چندجمله ای های مکعبی 4 Designing trajectories with cubic polynomials 4

• طراحی مسیرها با چندجمله ای های مکعبی 5 Designing trajectories with cubic polynomials 5

• طراحی مسیرها با چندجمله ای های مکعبی 6 Designing trajectories with cubic polynomials 6

• طراحی مسیرها با چندجمله ای های مکعبی 7 Designing trajectories with cubic polynomials 7

• بهبود ردیابی 360 با وزنه های MPC Improving 360 tracking with MPC weights

• مطالعه پیشنهادی: مقاله عالی در مورد فیلترهای کالمن Recommended reading: Great article about Kalman Filters

اجرای کد پایتون کنترل‌کننده LPV-MPC با محدودیت‌ها The Python code implementation of the LPV-MPC controller with the constraints

• دستورالعمل های کلی برای بخش توضیح کد General instructions for the code explanation section

• راه اندازی فایل های پایتون در ترمینال ویندوز cmd و اوبونتو/MacOS Launching Python files in Windows cmd & Ubuntu/MacOS terminal

• دستورالعمل نصب اوبونتو (Python، Numpy، Matplotlib) Ubuntu installation instructions (Python, Numpy, Matplotlib)

• دستورالعمل نصب اوبونتو (Qpsolvers و cvxopt) Ubuntu installation instructions (Qpsolvers & cvxopt)

• دستورالعمل نصب ویندوز 10 (Python، Numpy، Matplotlib) Windows 10 installation instructions (Python, Numpy, Matplotlib)

• دستورالعمل نصب ویندوز 10 (Qpsolvers و cvxopt) Windows 10 installation instructions (Qpsolvers & cvxopt)

• دستورالعمل نصب MacOS Big Sur (Python، Numpy، Matplotlib) MacOS Big Sur installation instructions (Python, Numpy, Matplotlib)

• دستورالعمل نصب MacOS Big Sur (Qpsolvers و cvxopt) MacOS Big Sur installation instructions (Qpsolvers & cvxopt)

• توضیح کد پایتون 1 - توضیح تابع init Python code explanation 1 - init function explanation

• توضیح کد پایتون 2 - توضیح تابع مولد مسیر Python code explanation 2 - explanation of the trajectory generator function

• توضیح کد پایتون 3 - پیاده سازی چند جمله ای های مکعبی برای مسیر Python code explanation 3 - implementing cubic polynomials for the trajectory

• توضیح کد پایتون 4 - توضیح زاویه یاو مرجع Python code explanation 4 - explaining the reference yaw angle

• توضیح کد پایتون 5 - توضیح فایل اصلی 1 Python code explanation 5 - Main file explanation 1

• توضیح کد پایتون 6 - توضیح ماتریس های LPV در کد Python code explanation 6 - explaining the LPV matrices in the code

• توضیح کد پایتون 7 - تابع ساده سازی MPC 1 Python code explanation 7 - MPC simplification function 1

• توضیح کد پایتون 8 - تابع ساده سازی MPC 2 Python code explanation 8 - MPC simplification function 2

• توضیح کد پایتون 9 - تابع ساده سازی MPC 3 Python code explanation 9 - MPC simplification function 3

• توضیح کد پایتون 10 - تابع ساده سازی MPC 4 Python code explanation 10 - MPC simplification function 4

• توضیح کد پایتون 11 - تابع ساده سازی MPC 5 Python code explanation 11 - MPC simplification function 5

• توضیح کد پایتون 12 - تابع ساده سازی MPC 6 Python code explanation 12 - MPC simplification function 6

• توضیح کد پایتون 13 - توضیح فایل اصلی 2 Python code explanation 13 - Main file explanation 2

• توضیح کد پایتون 14 - تابع حالت های جدید حلقه باز (گیاه) Python code explanation 14 - open loop new states function (the plant)

• فایل های کد شبیه سازی پایتون Python simulation code files

• مراجع کلیدی The key references

کلمات اخر Last Words

• آفرین! شما آن را انجام داده اید! اما اینجا متوقف نشو... Well done! You've done it! But don't stop here ...