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종방향 자율주행을 위한 성능 지수 및 인간 모사 학습을 이용하는 구동기 고장 탐지 및 적응형 고장 허용 제어 알고리즘
오세찬,이종민,오광석,이경수,Oh, Sechan,Lee, Jongmin,Oh, Kwangseok,Yi, Kyongsu 한국자동차안전학회 2021 자동차안전학회지 Vol.13 No.4
This paper proposes actuator fault detection and adaptive fault-tolerant control algorithms using performance index and human-like learning for longitudinal autonomous vehicles. Conventional longitudinal controller for autonomous driving consists of supervisory, upper level and lower level controllers. In this paper, feedback control law and PID control algorithm have been used for upper level and lower level controllers, respectively. For actuator fault-tolerant control, adaptive rule has been designed using the gradient descent method with estimated coefficients. In order to adjust the control parameter used for determination of adaptation gain, human-like learning algorithm has been designed based on perceptron learning method using control errors and control parameter. It is designed that the learning algorithm determines current control parameter by saving it in memory and updating based on the cost function-based gradient descent method. Based on the updated control parameter, the longitudinal acceleration has been computed adaptively using feedback law for actuator fault-tolerant control. The finite window-based performance index has been designed for detection and evaluation of actuator performance degradation using control error.
종방향 자율주행을 위한 유한 기억 기반 인간 모사 학습을 이용하는 적응형 되먹임 제어 알고리즘 개발
오세찬(Sechan Oh),오광석(Kwangseok Oh) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
자율주행 시스템은 차량이 스스로 주행할 수 있는 기술이며 탑승자에게 편의성을 제공한다. 자율주행을 위해서는 자율적 가속 및 감속 그리고 선회를 위한 종방향 제어 입력과 횡방향 제어를 위한 조향 제어 입력이 필요하다. 차량의 안정한 제어를 위해 제어 알고리즘의 개발 및 성능 평가가 활발히 이루어지고 있다. Qiu. W 외 4명은 선행 차량을 추종하는 자율주행 차량을 위해 고정 차두 시간 전략을 이용하여 종방향 요구 가속도를 도출하는 모델 예측 제어기를 제안하였다. Chen. C 외 3명은 자율주행 차량의 경로 추종을 위한 라그랑지안 변수 기반 랴푸노브(Lyapunov) 함수를 기반 계층적 적응 제어기를 제안하였다. 본 연구에서는 종방향 자율주행을 위한 유한 기억 기반 인간 모사 학습을 이용하는 적응형 되먹임 제어 알고리즘을 제안한다. 종방향 목표 가속도 도출을 위해 제어 오차와 되먹임 이득을 이용하여 되먹임 제어기를 설계하였다. 되먹임 이득은 유한 기억에 저장된 제어 오차와 목표 가속도를 기반으로 최소 자승법을 이용해 실시간으로 추정되었다. 유한 기억 공간은 제어 성능 평가를 위해 설계된 목적함수 값의 변화율에 따라 새로운 정보의 기억 여부가 결정되도록 알고리즘이 설계되었다. 목적함수 값의 변화율이 양수인 경우는 MIT규칙 기반 적응된 목표 가속도를 기억 공간에 저장되고 최소 자승 기반 목표 가속도 도출을 위해 사용된다. 제안된 알고리즘은 Matlab/Simulink 기반 설계되었고, 합리적 평가를 위해 CarMaker 소프트웨어를 연동하여 성능 평가가 수행되었다. 평가 결과 선행 차량을 합리적으로 추종하는 결과와 목적함수의 값이 0에 가까운 값으로 수렴하는 결과를 확인하였다. 그러므로 제안된 알고리즘은 향후 대상 시스템의 정보 없이 자율주행을 가능하게 하는 제어 알고리즘으로 이용될 것으로 기대한다.