Laboratório de comparação de rastreamento de trajetória — execute PP, APP, RPP, Stanley e MPC sob as mesmas condições

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Open the panel, then press Run to load Python. You can stop execution and reset parameters. Results are computed on this device. No Python installation is required.

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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Execute cinco abordagens juntas

Execute "Curva suave · 3 m/s · deslocamento de 1 m". PP, APP, RPP, Stanley e MPC seguem a mesma trajetória a partir da mesma posição, e as trajetórias e os quatro gráficos ao longo do tempo (erro de trajetória cruzada, erro de rumo, direção, velocidade) são sobrepostos. As abordagens são diferenciadas tanto por cor quanto por padrão de traço (PP sólido, APP tracejado, RPP pontilhado, Stanley traço-ponto, MPC traço longo).

Nesta condição, todas as cinco passam pelo ponto final. Na tabela, Stanley tem o menor RMS da taxa de direção, mas o maior RMS do erro de trajetória cruzada, e RPP, que reduz a própria velocidade com a curvatura, tem a menor velocidade média e chega por último. Qual abordagem é "melhor" depende de qual métrica você valoriza.

O que é compartilhado

O veículo é o modelo de bicicleta cinemática de eixo traseiro, somente para frente, compartilhado com os Laboratórios anteriores. A trajetória, a posição e o rumo iniciais, a distância entre eixos, o limite de direção (e o limite de taxa de direção de 0,8 rad/s do veículo), a velocidade alvo, os passos de 0,05 s até 30 s, e os testes de ponto final e de fora da trajetória são os mesmos para cada abordagem.

Todas as métricas vêm do mesmo simulador compartilhado, com as mesmas definições. O erro de trajetória cruzada e o erro de rumo usam o eixo traseiro, e o RMS é a raiz quadrada da integração temporal trapezoidal das amostras ao quadrado dividida pelo tempo decorrido. Para a suavidade, a tabela mostra o RMS da taxa de direção e a variação total da direção (a soma das mudanças absolutas de direção por ciclo). A velocidade média é a distância percorrida dividida pelo tempo decorrido.

O que não é comparável em igualdade de condições

Além do único parâmetro exibido na tela (antecipação do PP, tempo de antecipação do APP/RPP, ganho do Stanley, passos do horizonte do MPC), cada abordagem usa os valores iniciais do próprio Laboratório. Esses valores não foram ajustados uns contra os outros, então os resultados comparam estas configurações específicas.

RPP reduz a própria velocidade com a curvatura e a distância até o ponto final, então o tempo de conclusão e a velocidade não são comparáveis em igualdade de condições. Quando o RPP desacelera, sua antecipação escalada por velocidade também diminui. Apenas o MPC tem um horizonte de previsão, e seu tempo de cálculo não é comparado aqui (veja o Laboratório MPC). Stanley dirige a partir do erro do eixo dianteiro, enquanto as métricas aqui usam o eixo traseiro.

Pontos fortes que se invertem conforme as condições

Em "2 m/s (RPP falha)", apenas RPP para com "falha do controlador". Quando o RPP desacelera, sua antecipação diminui até o mínimo de 0,5 m, e a partir de um deslocamento de 1 m ele não consegue mais encontrar um ponto-alvo à frente na trajetória. Este é o comportamento do modelo de veículo deste Laboratório, que possui apenas uma regra de recuperação para frente.

Em "4 m/s (PP falha)", PP com uma antecipação fixa de 2 m falha no meio do percurso, enquanto APP e RPP, cuja antecipação cresce com a velocidade, concluem. Em "Curva fechada (resultados diferem)", APP, RPP e Stanley concluem, PP falha e MPC sai da trajetória. "Curva fechada · limite de 0,3 rad (todos falham)" é um caso em que o limite está abaixo dos aproximadamente 0,46 rad necessários para o raio de 5 m, e nenhuma abordagem consegue fazer a curva. Mudar a lei de controle não pode exceder os limites definidos pelo veículo e suas restrições.

Sequência sugerida

Compare as cinco trajetórias e métricas na condição nominal e salve como A.
Altere a velocidade para 2 m/s e 4 m/s, e leia qual abordagem falha e por quê.
Use as duas predefinições de curva fechada para separar diferenças entre abordagens do limite do veículo.
Altere a antecipação do PP, o ganho do Stanley e o horizonte do MPC um de cada vez e observe a diferença em relação a A.

Não classifique execuções com estados de conclusão ou tempos decorridos diferentes apenas pelo RMS do erro de trajetória cruzada. O tempo de conclusão de uma abordagem que não terminou é "—". Tudo é executado no seu navegador, com comparação A/B, reinício, compartilhamento e download em JSON.