การเคลื่อนที่ติดตามเส้นวิถีโคจรแบบอัตโนมัติของยานพาหนะบนบกและในน้ำ ด้วยตัวควบคุมแบบ L1 Autonomous Trajectory Tracking for Ground and Marine-Surface Vessels Using L1 Controller

Main Article Content

คุณากร อนุวัตพาณิชย์
ปรัชญา เปรมปราณีรัชต์

Abstract

บทคัดย่อ


          บทความวิจัยนี้ได้นำเสนอผลการศึกษาการประยุกต์ใช้ตรรกะการนำทางติดตามเส้นวิถีโคจรแบบอัตโนมัติของหุ่นยนต์รถสี่ล้อและหุ่นยนต์เรือแบบสองทุ่น ด้วยตัวควบคุมแบบ L1 โดยการคำนวณเส้นทางไปยังเป้าหมายอ้างอิง จะคำนวณค่าคำสั่งความเร่งสู่ศูนย์กลางที่อธิบายด้วยพารามิเตอร์ระยะการขจัด (L1) และ อัตราส่วนความหน่วง (x) เพื่อให้ยานพาหนะสามารถลู่เข้าหาเส้นวิถีโคจรแบบเส้นตรงที่กำหนด โดยผลกระทบของสามพารามิเตอร์ คือ 1) L1 และ 2) x และ 3) Kpsของการควบคุมแบบพีไอดีสำหรับการหันเห (Kps) ที่มีต่อประสิทธิภาพในการเคลื่อนที่แบบอัตโนมัติของยานพาหนะทั้งสองรูปแบบ จะถูกประเมินผลด้วยการพิจารณาจาก 1) ค่าความผิดพลาดเฉลี่ยของระยะทางของยานพาหนะที่ห่างจากเส้นทางที่กำหนดในแนวตั้งฉาก (average cross-track error) และ 2) ค่าเฉลี่ยของความผิดพลาดสูงสุดของค่าการพุ่งเกิน (overshoot) จากเส้นทางที่กำหนดโดยผลการทดสอบการเคลื่อนที่แบบอัตโนมัตินั้นแสดงให้เห็นว่า หุ่นยนต์รถสี่ล้อที่ควบคุมด้วยตัวควบคุมแบบ L1 นั้นจะมีลักษณะการลู่เข้าหาเส้นวิถีโคจรเป็นแบบความหน่วงเกิน โดยจะไม่ไว (sensitive) ต่อการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ L1 และ x มากนัก เนื่องจากพลศาสตร์ของรถสี่ล้อที่มีความสามารถในการเกาะพื้นได้ดีในระหว่างการเลี้ยวหักมุม ซึ่งจะต่างจากผลการทดสอบของเรือแบบสองทุ่นที่สามารถไถลไปในน้ำเนื่องจากความเฉื่อย ทำให้ผลกระทบของพารามิเตอร์ L1, x และ Kps มีผลกระทบต่อการเคลื่อนที่แบบอัตโนมัติมาก ซึ่งค่าพารามิเตอร์ L1 และ Kps ที่น้อย จะทำให้การเคลื่อนที่แบบอัตโนมัติของหุนยนต์เรือสามารถเคลื่อนที่ติดตามเส้นวิถีโคจรแบบเส้นตรงได้อย่างมีประสิทธิภาพดี


คำสำคัญ: การนำทางติดตามเส้นวิถีโคจร ระบบควบคุมแบบอัตโนมัติ ตัวควบคุมแบบ L1 หุ่นยนต์รถสี่ล้อ หุ่นยนต์เรือแบบสองทุ่น ผลกระทบของพารามิเตอร์


Abstract


          This research paper presents studies of applying autonomous trajectory-tracking logic for 4-wheel car robot and catamaran robot using an L1 controller. A trajectory computation toward specified target points need to calculate a centripetal-acceleration command, described by distance (L1) and damping ratio (x) parameters, such that vehicle can approach the desired straight-path trajectory. Effect of three parameters: 1) L1, 2) x and 3) proportional gain  (Kps) of a PID control for steering, on efficiency of autonomous trajectory tracking of both vehicles are evaluated from 1) an average error of a perpendicular distance from vehicle toward the specified path or average cross-track error and 2) an average maximum error of overshoot from specified path. Experiments of autonomous trajectory tracking reveal that 4-wheel robot car, governed by the L1 controller, approaches desired trajectory similar to an overdamped response. Robot car trajectory is not sensitive to L1 and x parameter variations because a 4-wheel car dynamic has good traction capability during a sharp turn. On the contrary, catamaran can slideways in water because of small hydrodynamics drag force. As a result, L1, x, Kps, variations have strong effects on a performance of the autonomous trajectory tracking. Using small L1 and Kps, catamaran can track specified straight trajectories automatically with good performance


 Keywords: trajectory-tracking navigation, autonomous control system, L1 controller, four-wheel car robot, catamaran robot, effect of parameter variation

Article Details

Section
Articles
Author Biographies

คุณากร อนุวัตพาณิชย์, Rajamangala University of Technology Thanyaburi

Faculty of Engineering

ปรัชญา เปรมปราณีรัชต์, Rajamangala University of Technology Thanyaburi

Faculty of Engineering