%NMPC最简代码 作者北京科技大学白国星 david.gx.bai@gmail.com
%致谢：原始框架来自北京理工大学龚建伟教授团队著作《无人驾驶车辆模型预测控制》
clear all;
%%车辆参数初始化
l=1;%轴距
%% 控制参数初始化
Nx=3;%状态量个数
Np=25;%预测时域
Nc=3;%控制时域
%% 车辆位置初始化
State_Initial(1,1)=0;%x
State_Initial(2,1)=0;%y
State_Initial(3,1)=pi/6;%phi
%% 参考轨迹参数初始化
N=1000;%参考轨迹点数量
T=0.05;%采样周期
global Xrefg;
global Yrefg;
global PHIrefg;
%%参考轨迹生成
for k=1:1:N+Np
if k<200
Xrefg(k,1)=k*T; %横坐标
Yrefg(k,1)=2; %纵坐标
PHIrefg(k,1)=0; %航向角
elseif k<514
Xrefg(k,1)=10+10*sin( 0.1*(k-200)*T);
Yrefg(k,1)=12-10*cos(0.1*(k-200)*T);
PHIrefg(k,1)=0.1*(k-200)*T;
elseif k<714
Xrefg(k,1)=20;
Yrefg(k,1)=12+(k-514)*T;
PHIrefg(k,1)=1.57;
else
Xrefg(k,1)=20;
Yrefg(k,1)=22;
PHIrefg(k,1)=1.57;
end
end
%% 开始仿真
for j=1:1:N
%读取参考路径
Xref=zeros(Np,1);
Yref=zeros(Np,1);
PHIref=zeros(Np,1);
for Nref=1:1:Np
Xref(Nref,1)=Xrefg(j+Nref-1,1);
Yref(Nref,1)=Yrefg(j+Nref-1,1);
PHIref(Nref,1)=PHIrefg(j+Nref-1,1);
end
%%约束条件
for i=1:1:Nc
lb(2*i-1)=0.8;
lb(2*i)=-0.44;
ub(2*i-1)=1.2;
ub(2*i)=0.44;
end
%%选取求解算法
options = optimset('Algorithm','active-set'); %选择active-set为求解算法
%%求解算法预留
A=[];
b=[];
Aeq=[];
beq=[];
%%求解
[A,fval,exitflag]=fmincon(@(x)NMPC(x,State_Initial,Np,Nc,T,Xref,Yref,PHIref),[0;0;0;0;0;0],A,b,Aeq,beq,lb,ub,[],options);%有约束求解，需要有2*Nc个0
%%获得控制输入
v_actual=A(1);
deltaf_actual=A(2);
%%车辆位置代入
X00(1)=State_Initial(1,1);
X00(2)=State_Initial(2,1);
X00(3)=State_Initial(3,1);
%%代入控制输入后，解算下一时刻车辆位置
Xref=dsolve('Dx-v_actual*cos(z)=0','Dy-v_actual*sin(z)=0','Dz-v_actual*tan(deltaf_actual)/l=0','x(0)=X00(1)','y(0)=X00(2)','z(0)=X00(3)');
t=T;
%%更新车辆位置
State_Initial(1,1)=eval(Xref.x);
State_Initial(2,1)=eval(Xref.y);
State_Initial(3,1)=eval(Xref.z);
%%绘图
figure(1)
plot(State_Initial(1,1),State_Initial(2,1),'b*');
hold on;
plot(Xrefg(j,1),Yrefg(j,1),'ro');
hold on;
axis([-5 25 -5 25])
end
