Laboratoire de comparaison du suivi de trajectoire : exécuter PP, APP, RPP, Stanley et MPC dans les mêmes conditions

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Local execution steps below are optional for reproducing the source results; they are not required for the browser experiment.

The experiment controls are in English.

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Exécuter cinq approches ensemble

Exécutez « Gentle curve · 3 m/s · 1 m offset ». PP, APP, RPP, Stanley et MPC suivent la même trajectoire depuis la même position, et les trajectoires ainsi que les quatre graphiques temporels (écart latéral, erreur de cap, direction, vitesse) sont superposés. Les approches se distinguent à la fois par la couleur et par le style de trait (PP trait plein, APP tirets, RPP pointillés, Stanley tiret-point, MPC tirets longs).

Dans cette condition, les cinq franchissent le point terminal. Dans le tableau, Stanley a le RMS de vitesse de direction le plus faible mais le RMS d'écart latéral le plus élevé, et RPP, qui se ralentit lui-même avec la courbure, a la vitesse moyenne la plus basse et arrive en dernier. Quelle approche est « meilleure » dépend de la métrique que vous privilégiez.

Ce qui est commun

Le véhicule est le modèle bicyclette cinématique à essieu arrière, avant uniquement, partagé avec les Laboratoires précédents. La trajectoire, la position et le cap initiaux, l'empattement, la limite de direction (et la limite de vitesse de variation de direction du véhicule de 0,8 rad/s), la vitesse cible, les pas de 0,05 s jusqu'à 30 s, et les tests de point terminal et de sortie de trajectoire sont identiques pour chaque approche.

Toutes les métriques proviennent du simulateur partagé avec les mêmes définitions. L'écart latéral et l'erreur de cap utilisent l'essieu arrière, et le RMS est la racine carrée de l'intégrale temporelle trapézoïdale des échantillons au carré divisée par le temps écoulé. Pour la régularité, le tableau montre le RMS de la vitesse de direction et la variation totale de direction (la somme des changements absolus de direction par cycle). La vitesse moyenne est la distance parcourue divisée par le temps écoulé.

Ce qui n'est pas comparable à l'identique

Hormis le seul paramètre affiché à l'écran (distance d'anticipation de PP, temps d'anticipation d'APP/RPP, gain de Stanley, nombre de pas de l'horizon de MPC), chaque approche utilise les valeurs initiales de son propre Laboratoire. Ces valeurs n'ont pas été ajustées les unes par rapport aux autres, donc les résultats comparent ces réglages particuliers.

RPP réduit sa propre vitesse en fonction de la courbure et de la distance au point terminal, donc le temps d'achèvement et la vitesse ne sont pas comparables à l'identique. Quand RPP ralentit, sa distance d'anticipation proportionnelle à la vitesse se réduit aussi. Seul MPC a un horizon de prédiction, et son temps de calcul n'est pas comparé ici (voir le Laboratoire MPC). Stanley dirige à partir de l'erreur de l'essieu avant, alors que les métriques ici utilisent l'essieu arrière.

Des forces qui s'inversent selon les conditions

Dans « 2 m/s (RPP fails) », seul RPP s'arrête avec « controller failed ». Quand RPP ralentit, sa distance d'anticipation se réduit jusqu'au minimum de 0,5 m, et depuis un décalage de 1 m, il ne peut plus trouver de point cible en avant sur la trajectoire. C'est le comportement du modèle de véhicule de ce Laboratoire, qui n'a qu'une règle de récupération vers l'avant.

Dans « 4 m/s (PP fails) », PP, avec une distance d'anticipation fixe de 2 m, échoue en cours de route, tandis qu'APP et RPP, dont la distance d'anticipation croît avec la vitesse, terminent. Dans « Tight curve (outcomes differ) », APP, RPP et Stanley terminent, PP échoue et MPC quitte la trajectoire. « Tight curve · 0.3 rad limit (all fail) » est un cas où la limite est inférieure aux environ 0,46 rad nécessaires pour un rayon de 5 m, et aucune approche ne peut réaliser le virage. Changer la loi de commande ne peut pas dépasser les limites fixées par le véhicule et ses contraintes.

Ordre suggéré

Comparer les cinq trajectoires et métriques dans la condition nominale et l'enregistrer sous A.
Changer la vitesse à 2 m/s et 4 m/s, et lire quelle approche échoue et pourquoi.
Utiliser les deux préréglages de courbe serrée pour distinguer les différences entre approches de la limite du véhicule.
Changer la distance d'anticipation de PP, le gain de Stanley et l'horizon de MPC un à un et observer l'écart par rapport à A.

Ne classez pas les exécutions ayant des états d'achèvement ou des temps écoulés différents par le seul RMS d'écart latéral. Le temps d'achèvement d'une approche qui n'a pas terminé est « — ». Tout s'exécute dans votre navigateur, avec comparaison A/B, réinitialisation, partage et téléchargement JSON.