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MATLAB基于领航追随法的车辆编队控制，领航追随者与人工势场法的简单融合实现避障

系统概述

本文介绍了一个基于领航追随法的多车辆编队控制系统，该系统实现了由一个领航车辆和两个跟随车辆组成的编队运动控制，并集成了人工势场法进行动态避障。该系统采用MATLAB实现，能够有效维持车辆间的期望相对位置和姿态，同时在遇到障碍物时自动调整路径。

系统架构与核心功能

1. 编队控制结构

系统采用分层控制架构：

• 领航者：按照预设轨迹运动，不受其他车辆影响
• 跟随者1和2：基于领航者位置和期望的相对几何关系进行跟踪控制

每个跟随者具有独立的期望距离（d=1, d2=1.5）和期望角度（φ=-5π/6, φ2=5π/6），形成稳定的三角形编队结构。

2. 控制器设计

系统采用基于误差反馈的控制策略，核心控制逻辑如下：

% 跟踪误差计算 xe(i) = xl(i) + d * cos(phi + thtl(i)) - xf(i); ye(i) = yl(i) + d * sin(phi + thtl(i)) - yf(i); thte(i) = thtl(i) - thtf(i); % 速度控制律 vf(i+1) = sqrt(((vf(i) * cos(thtl(i)) + c11*xe(i))^2) + ... ((vl*sin(thtl(i)) + c12*ye(i))^2));

控制器参数经过精心调校（c11=0.8, c12=0.8, c21=1.1, c22=1.1），确保系统具有良好的稳定性和响应特性。

3. 避障机制

系统集成了人工势场法实现实时避障功能：

function [output] = computP(curr, over, obstacle) k_att = 50; % 引力系数 k_rep = 5; % 斥力系数 Q_star = 0.1; % 斥力影响距离 attr = 1/2 * k_att * (norm(over - curr))^2; % 引力势场 % 斥力势场计算... output = repu + attr; % 合势场 end

当检测到障碍物距离小于安全阈值（0.2m）时，系统会在当前点周围生成多个测试点，选择势场最小的方向作为新的运动方向，实现平滑避障。

系统特性与性能

1. 运动特性

• 领航者以恒定线速度（vl=0.1）沿直线运动
• 跟随者通过调节线速度和角速度维持编队形状
• 系统采用固定步长（h=0.01）的数值积分方法更新车辆状态

2. 避障性能

• 支持多个障碍物同时避障
• 障碍物检测半径可配置
• 避障决策基于局部最优原则，计算效率高

3. 可视化分析

系统提供全面的可视化功能：

• 轨迹图：显示三车运动轨迹和避障过程
• 速度曲线：展示跟随者的线速度和角速度变化
• 误差分析：跟踪位置误差和角度误差的收敛情况

技术优势

1. 模块化设计：编队控制和避障功能分离，便于维护和扩展
2. 参数可配置：所有控制参数和几何关系均可灵活调整
3. 实时性能：计算复杂度低，适合实时控制应用
4. 鲁棒性：控制器设计考虑了各种误差因素，系统稳定性好

应用场景

该系统适用于多种多智能体协同控制场景：

• 自动驾驶车队编队
• 无人机集群协同飞行
• 移动机器人团队协作
• 智能物流系统中的多AGV调度

该系统通过结合领航追随法和人工势场法，实现了既保持编队形态又具备避障能力的综合控制方案，为多智能体系统的实际应用提供了可靠的技术基础。

MATLAB基于领航追随法的车辆编队控制，领航追随者与人工势场法的简单融合实现避障