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谈一谈自动驾驶中的MPC控制
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谈一谈自动驾驶中的MPC控制

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wsxf200

 
 
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本故事纯属扯犊子,如有雷同,请接着扯。







目前的车辆控制中,最火的控制器就是MPC了。在学校,如果你不做MPC控制,不懂MPC控制,是绝对不好意思说是做车辆控制的。MPC坐稳了学界中车辆控制器中的第一把交椅,但是在业界中呢?
三个字:不咋地。
业界中最火的还是LQR PID。。。




这就要聊聊MPC到底哪里比LQR强了,我认为,MPC最大的优势就是可以有不等式约束。

举一个栗子。

你要上一个两米高的屋顶,直接蹦肯定上不去,容易腿摔折,咋办呢?首先你要知道自己的弹跳能力,比如小于半米,超过了就蹦不上去了,所以你要弄来三个相差半米的台阶,蹦四次就能上房揭瓦了。

MPC控制器就能够直接按照一定的约束计算出台阶以及你该咋蹦。

那为什么在业界中MPC还不咋地呢?

我们先不谈MPC控制器的参数调节难度和稳定性的问题(这问题忒大了)。就看必要性。

来,看图, apollo 的L3的模块图。

可以看见control的上游模块是planning,其中planning就包括motion planning(MP)。



MP的作用就是规划一条安全,舒适,可行驶的轨迹。



注意四个加粗词。

安全的意思就是避免撞上道路牙子和其他车。

舒适的意思就是要尽量满足人的舒适性要求。

可行驶的意思就是给出的这条轨迹是控制能够跟随的。

轨迹就是带时间信息的,把控制的输入定死了,不许耍花样。




那还MPC啥了?MP模块把台阶给你铺好了,把梯子给你搭好了,如果你说这个台阶不合适,那就反应给MP,最终MP就会给你一个最合适的台阶,这就是MP模块的职责。

所以,这时候control模块的任务就是伺服了,就是要尽快减少误差,执行10Hz的MP指令。

一个伺服控制是不需要在控制中再做一遍规划求最优的,台阶是不需要重复的铺两遍的。因此,MPC就显得非常鸡肋了。

你可能会说,那一套是L3的,L2中很多是没有MP模块的,这时候MPC就有用了吧?

答案是依然没有用,因为L2的主控芯片要跑很多东西,并且算力都不强,跑一个MPC的求解器是非常大的负担,团队会同意你加一个这个东西吗?

你可能又会说,百度Apollo不也做MPC算法了吗?没用他们能做吗?

答案是做了也不用,Apollo的横向默认控制器是LQR,纵向默认控制器是双环PID。
Apollo默认的纵向控制器





Apollo默认的横向控制器



既然都不用,那他们为什么还做呢?因为那时候他们没有量产车。要知道,车辆控制的工作量不是在设计控制器,而是调节最优的参数,是和底层的EPS ESP互相磨合打交道,是要处理上万辆车出现的各种异常情况,这些看起来很low很琐碎的事情是非常关键的,占据了工程师大量的时间。

他们没有量产,在MKZ上做这些是没有意义的。那总要干一点创新的吧,那就干MPC吧,好不好用做一做就知道了。做完发现不好用,默认控制器还是PID LQR吧

因此在以量产为目的车辆控制,很少有用MPC的,反正孤陋寡闻的我是没听过。

另外一个原因是,现在的传统PID LQR的控制器已经足够用了,PID等传统算法有各种优化的方法,可以加各种小trick,足够满足性能需求了。因此,没听说哪一家被控制卡住脖子了。

前一段时间面试了应聘车辆控制的应届生。十个有九个说是做MPC控制的,剩下一个是做机械的(不好意思我就喜欢黑机械的,开玩笑的啊)。一问控制理论的基础,观测器滤波器之类的啥也不知道,不知道是不是这几年就MPC调参来着。

当然不能怪学生们。你导师申请课题,是“应用于自动驾驶的双环PID”,还是“应用在自动驾驶的智能模型预测控制”更容易获批呢?

这造成了学界和业界的巨大脱节,学界叶公好龙,业界因循守旧,互相骂对方,S,B。




所以对于学生来说,车辆控制要不要学MPC呢?我觉得不仅要学,还要好好学,并且最好编程实现一下。学学凸优化,学学ROS,学学C  ,这样为之后转行脱离控制圈提供了很多的便利。毕竟要人向上游模块走,条条大路通CS。




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roger55cn

 
 
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用MPC来做运动规划?
 
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wsxf200

 
 
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roger55cn 发表于 2楼
用MPC来做运动规划?
哈哈,那已经是上个世纪的方案了[捂脸][捂脸]
 
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PS3和X360我都要

 
 
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现在不是计算能力都上来了吗,MIT不都做的好好的,维度还不小
 
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大马猴子18

 
 
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wsxf200

 
 
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PS3和X360我都要 发表于 4楼
现在不是计算能力都上来了吗,MIT不都做的好好的,维度还不小
L3上算力不是问题,我说的是L2,L2上很多还都是单片机。
 
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azd888

 
 
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请问,为什么mpc不好用,你还鼓励要好好学呢?
 
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PS3和X360我都要

 
 
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PS3和X360我都要 发表于 4楼
现在不是计算能力都上来了吗,MIT不都做的好好的,维度还不小
那也是的
 
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wsxf200

 
 
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azd888 发表于 7楼
请问,为什么mpc不好用,你还鼓励要好好学呢?
我在调侃啊[飙泪笑][飙泪笑][飙泪笑]
 
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伤心666

 
 
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你在哪里个公司工作哈
 
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plave

 
 
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做optimal control啊!
 
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wsxf200

 
 
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大马猴子18 发表于 5楼
不赞同
为啥捏??
 
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wsxf200

 
 
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伤心666 发表于 10楼
你在哪里个公司工作哈
能不能让我显的神秘一点?
 
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wsxf200

 
 
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plave 发表于 11楼
做optimal control啊!
我觉得基于深度学习的控制更有发展[思考][思考]
 
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roger55cn

 
 
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roger55cn 发表于 2楼
用MPC来做运动规划?
不过现在很多运动规划的方法和MPC这一套挺相似的,把MPC中的动力学或运动学方程(等式约束)换成曲线方程这样哦约束,最后建模成一个优化问题来求解[捂脸]
 
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hjl007_2008

 
 
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啊哈哈哈哈,据说spacex用MPC规划火箭降落路径,不知道tesla用不用啊?外行瞎问问[害羞]
 
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伤心666

 
 
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伤心666 发表于 10楼
你在哪里个公司工作哈
那你悄悄私信我啊哈哈哈,有问题咱们可以交流呢哈哈哈。
 
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wsxf200

 
 
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hjl007_2008 发表于 16楼
啊哈哈哈哈,据说spacex用MPC规划火箭降落路径,不知道tesla用不用啊?外行瞎问问[害羞]
火箭我是不知道了。。。不过特斯拉应该没有用,我看他的大屏上的路径显示,特别像多项式规划的
 
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wsxf200

 
 
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roger55cn 发表于 2楼
用MPC来做运动规划?
我理解的目前主流的用多项式等曲线规划(采样或者求最优)和MPC已经是两个东西了,是两种思路了,很难说是MPC把某些东西替换掉变成的[口罩]
 
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