Lab de comparación de seguimiento de trayectoria: ejecute PP, APP, RPP, Stanley y MPC en las mismas condiciones

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Ejecute cinco enfoques juntos

Ejecute «Curva suave · 3 m/s · desplazamiento de 1 m». PP, APP, RPP, Stanley y MPC siguen la misma trayectoria desde la misma posición, y las trayectorias y los cuatro gráficos temporales (error transversal, error de rumbo, dirección, velocidad) se superponen. Los enfoques se distinguen tanto por color como por patrón de guiones (PP línea continua, APP discontinua, RPP punteada, Stanley punto y raya, MPC raya larga).

En esta condición, los cinco superan el punto final. En la tabla, Stanley tiene el RMS de tasa de dirección más pequeño pero el mayor RMS de error transversal, y RPP, que se frena a sí mismo con la curvatura, tiene la menor velocidad media y llega último. Cuál enfoque es «mejor» depende de qué métrica se pondere.

Qué es compartido

El vehículo es el mismo modelo cinemático de bicicleta de eje trasero, solo hacia adelante, compartido con los Labs anteriores. La trayectoria, la posición y el rumbo iniciales, la distancia entre ejes, el límite de dirección (y el límite de tasa de cambio de dirección del vehículo de 0,8 rad/s), la velocidad objetivo, los pasos de 0,05 s hasta 30 s, y las pruebas de punto final y de salida de trayectoria son las mismas para cada enfoque.

Todas las métricas provienen del simulador compartido con las mismas definiciones. El error transversal y el error de rumbo usan el eje trasero, y el RMS es la raíz cuadrada de la integral temporal trapezoidal de las muestras al cuadrado dividida entre el tiempo transcurrido. Para la suavidad, la tabla muestra el RMS de tasa de dirección y la variación total de dirección (la suma de los cambios absolutos de dirección por ciclo). La velocidad media es la distancia recorrida dividida entre el tiempo transcurrido.

Qué no es comparable en igualdad de condiciones

Aparte del único parámetro que se muestra en pantalla (lookahead de PP, tiempo de lookahead de APP/RPP, ganancia de Stanley, pasos de horizonte de MPC), cada enfoque usa los valores iniciales de su propio Lab. Esos valores no se ajustaron unos contra otros, así que los resultados comparan estas configuraciones particulares.

RPP reduce su propia velocidad con la curvatura y la distancia al punto final, por lo que el tiempo de finalización y la velocidad no son comparables en igualdad de condiciones. Cuando RPP se frena, su lookahead escalado por velocidad también se reduce. Solo MPC tiene un horizonte de predicción, y su tiempo de cómputo no se compara aquí (véase el Lab de MPC). Stanley dirige a partir del error del eje delantero, mientras que las métricas aquí usan el eje trasero.

Fortalezas que cambian según las condiciones

En «2 m/s (RPP falla)», solo RPP se detiene con «controlador fallido». Cuando RPP se frena, su lookahead se reduce hasta el mínimo de 0,5 m, y desde un desplazamiento de 1 m ya no puede encontrar un punto objetivo por delante en la trayectoria. Este es el comportamiento del modelo de vehículo de este Lab, que solo tiene una regla de recuperación hacia adelante.

En «4 m/s (PP falla)», PP con un lookahead fijo de 2 m falla a mitad de camino, mientras que APP y RPP, cuyo lookahead crece con la velocidad, completan el recorrido. En «Curva cerrada (los resultados difieren)», APP, RPP y Stanley completan, PP falla y MPC se sale de la trayectoria. «Curva cerrada · límite de 0,3 rad (todos fallan)» es un caso en el que el límite está por debajo de los aproximadamente 0,46 rad necesarios para el radio de 5 m, y ningún enfoque puede realizar el giro. Cambiar la ley de control no puede superar los límites que fijan el vehículo y sus restricciones.

Orden sugerido

Compare las cinco trayectorias y métricas bajo la condición nominal y guárdela como A.
Cambie la velocidad a 2 m/s y 4 m/s, y lea qué enfoque falla y por qué.
Use las dos configuraciones de curva cerrada para separar las diferencias entre enfoques del límite del vehículo.
Cambie el lookahead de PP, la ganancia de Stanley y el horizonte de MPC uno a la vez y observe la diferencia respecto a A.

No clasifique ejecuciones con estados de finalización o tiempos transcurridos distintos solo por el RMS de error transversal. El tiempo de finalización de un enfoque que no terminó es «—». Todo se ejecuta en su navegador, con comparación A/B, reinicio, compartir y descarga en JSON.