在 Python 中设计 MPC 控制器

Question

我正在尝试在 Python 中设计 MPC 控制器，但我真的不知道从哪里开始。我在 YouTube 上观看了视频，但我更加困惑。基本上，这是针对模拟自动驾驶汽车的。我已经为它完成了 PID 控制器，但我还没有运行在模拟器上完成它：

    def PID(self, Kp, Ki, Kd, reference_velocity, vehicle_velocity, current_time, last_update_time):

        errors = []

        Kp = 0
        Ki = 0
        Kd = 0

        error = reference_velocity - vehicle_velocity
        delta_time = current_time - last_update_time
        last_error = errors[-1]

        proportional = Kp * error
        integral = Ki * error
        derivative = Kd * ((error - last_error) / (delta_time))

        errors.append(error)

        return proportional + integral + derivative

但我不知道如何开始使用 MPC。在我的初始化函数中，我有以下值：

 def __init__(self, waypoints):
        self.vars                = cutils.CUtils()
        self._current_x          = 0
        self._current_y          = 0
        self._current_yaw        = 0
        self._current_speed      = 0
        self._desired_speed      = 0
        self._current_frame      = 0
        self._current_timestamp  = 0
        self._start_control_loop = False
        self._set_throttle       = 0
        self._set_brake          = 0
        self._set_steer          = 0
        self._waypoints          = waypoints
        self._conv_rad_to_steer  = 180.0 / 70.0 / np.pi
        self._pi                 = np.pi
        self._2pi                = 2.0 * np.pi

我还有以下函数定义。我将省略函数的主体。我知道我必须在 MPC 中使用这些，但这正是我需要指导的地方。

def update_values(self, x, y, yaw, speed, timestamp, frame):
def update_desired_speed(self):
def update_waypoints(self, new_waypoints):
def get_commands(self):
def set_throttle(self, input_throttle):
def set_steer(self, input_steer_in_rad):
def set_brake(self, input_brake):
def update_controls(self):

Answer 1

MPC 是一种基于优化和模型的控制算法，与 PID 控制器完全不同。模型预测控制器解决优化问题，其中用户定义的成本函数根据作为常微分方程给出的模型动力学（您需要 know/derive）最小化。这种优化可以进一步受到额外的约束（例如输入约束、状态约束、积分约束……）。由于这种方法是一种非常复杂的控制方案，因此实施起来非常困难，您应该问问自己，您的应用是否需要 MPC 的功能，或者 PID 控制是否足够。

在 Python 中设计 MPC 控制器

Designing an MPC controller in Python

python

control-theory

carla