无人驾驶模型预测控制carSIM和MATLAB联合仿真
参考龚建伟所著《无人驾驶车辆模型预测控制》一书第四章
2.仿真实例
所用软件和环境：
（1）carSIM8.02
（2）正版MATLABR2019a
（3）win10
先进行车辆模型的搭建：
（1）运行carSIM8.02
（2）出现“select recent database”（“选择数据库”）对话框，如下图所示：
选择“continue with the selected database”，弹出如下图所示的对话框：
选择“select”即可打开carSIM主界面：
数据
carSIM主界面主要包含三个组成部分：车辆参数配置以及仿真工况设置、数学模型求解与结果处理。用户可以根据实际需求调整车辆参数，并依据需求进行仿真工况的配置。
（3）操作步骤如下：首先点击菜单栏中的【数据
（4）选择主菜单的”Datasets"下拉菜单，会发现Example一栏多出“MPCtest”
（5）点击下图中的下三角，选择相应的车型：
（6）新建满足要求的仿真工况：
1.点击下图所示工况
即出现下图所示的界面：
- 创建新的仿真场景：首先，请您点击上图中的"New"按钮。随后，在下方的文本框中依次填入指定位置"MPC Example"和"newSplit Mu"。之后，请您点击"Set"按钮以完成操作
按照要求配置仿真场景：
设定行驶速度参数为18公里每小时；
车辆不进行制动操作；
采用闭环AT6档模式实现档位控制；
行驶时不转向；
选择面积为1平方千米的方形路面作为测试基准，并要求路面摩擦系数维持在1.0的标准值；
最终设置参数配置完毕后，请参考下图中的仿真界面进行确认。
在仿真工况设置界面中，在图形界面中的输入框填写"30"。
在已经建立的新仿真场景中单击‘Home’图标将返回到carSIM的应用主界面切换至之前创建的新‘Split Mu’仿真场景
Tools
在carSIM主界面上单击下拉菜单中的【Tools
（7）搭建carSim与Simulink的集成仿真模型
1.单击下图中的Models选项，并将其设置为" Models: Simulink"
2.点击下图所示的选项，选择“[Link to New Dataset]"。
此时显示下图所示的对话框，在对话框中依次输入示例'Example'和'MPCtest1'，单击‘Creat and Link’以完成新建。如下图所示。
3.点击下图所示的“MPCtest1”
将会弹出下图所示界面：
请根据以下路径进行设置：
作为参考，请选择类似路径：
请先访问该目录：
E:\CarSim802_Prog\CarSim_Data
此目录下存放着simulink Model的路径：
E:\CarSim802_Prog\CarSim_Data\Extensions\Simulink
避免在此目录下新建文件，请直接复制现有文件并更名至MPCtest.mdl：
然后在相应界面中找到并打开MPCtest.mdl文件（如前所述）
注
注
注
4.建立carSIM引入变量 单击显示中的"Import Channels"选项框，在其下拉列表中选择"I/O Channels:Import"
然后点击下图所示的“[Copy and Link Dataset]”;输入MPCtest1 input
点击MPCtest1 input“图标，显示下图所示界面，按照下图所示界面进行设置
设置好以后返回点击“MPCtest1 output，按照下图进行相应设置：
需要注意的是：carSIM系统的输出包括X0、Y0以及Yaw角，并与Simulink中的MPC控制器输入一一对应。其中部分输出量如速度Vx和转向控制Steer_SW属于观测量。因此，在本系统中建议按照图示中的顺序配置这些输出参数：
单击‘Home’按钮后会跳转到carSIM的主界面。单击’send to simulink’图标后会打开之前的MPCtest1.mal模型。
按照此图对原模型进行修改
完成所有设置步骤后, carSIM借助特定接口将车辆系统模型传输至预先定义的路径位置并插入到Simulink仿真环境中, 该模块随后被成功地添加为S函数形式并整合进Simulink Models Library库
将Simulink浏览窗口中的' S-Function '图标拖拽至模型MPCtest1.mdl中，并使新建立的S函数模块可见。点击该图标后会触发一个如图所示的对话框，在'S-Function name'字段处键入MY_MPCController3
在模型中拖入延迟模块，目的是防止出现代数环
该MPC控制器模块通过输出速度与转向角来实现
在simulink界面点击运行，运行处的结果如下图所示：
关于模型预测控制理论及其相关公式推导的内容，在B站天神的频道里有非常详细的讲解资源（链接地址：https://space.bilibili.com/387233952/dynamic），大家可以根据需要进行学习观看。特别感谢天神对教材中第四章MPCcontroller代码进行了优化调整，并因此能够顺利实现与书中一致的效果。