Multi Objective Optimization of Control Parameters for Auto-Steering of Off-Road Vehicles

Abstract

ABSTRACT: In this thesis, the lateral controller parameters of an agricultural tractor vehicle were optimized to reduce both the root mean square error (ERMS), and the peak error (Epeak), by using two evolutionary multi-objective optimization algorithms. The lateral controller of a tractor provides tracking of a desired path with minimum lateral error, which enhances the efficiency of agricultural plantation since many processes in agriculture require tracking a desired path. The evolutionary multi-objective optimization algorithms: NSGA-II and MODE are commonly used search algorithms to find the Pareto-front of the optimal solutions for multiple fitness functions. In parameter optimization of the lateral controller, two fitness functions, ERMS and Epeak, were evaluated along a predefined reference path of tracking through the simulation of the tractor motion in an agricultural field. Results of the optimization by both methods supported each other closely, and the optimization reduced the error figures down to 0.0016 m Epeak, and 0.0004 m ERMS. The obtained Pareto-front can be used to compromise between the Epeak and ERMS in setting the controller parameters best way for the conditions of the application. Keywords: NSGA-II - MODE - Lateral Error – Auto-Steering Control.

…………………………………………………………………………………………………………………………

ÖZ: Bu tezde, otomatik sürüş denetimli bir tarım aracının sürüş denetleç parametreleri, evrimsel çok-amaçlı optimizasyon algoritması kullanarak, hem hatanın karesinin ortalamasının kökünu (ERMS) hem de hatanın tepe değerini azaltmak üzere optimize edildi. Traktörün sürüş denetleci takip edilecek yolun en az yanal hata ile izlenmesini sağlar. Tarımda takip edilecek bir yolun izlenmesini gerektiren bir çok süreç bulunduğundan yanal hata azalınca tarımda ekim verimi de artar. Çok amaçlı evrimsel optimizasyon algoritmaları olan NSGA-II ve MODE genellikle birden fazla uygunluk fonksiyonlu problemler için optimum çözümlerdeki Pareto-önü elde etmek için kullanılan arama algoritmalarıdır. Yanal denetim parametrelerinin optimizasyonunda, uygunluk fonksiyonları olarak kullanılan rmse ve tepe hata, traktörün önceden seçilmiş bir izlenecek yol boyunca simülasyonu yoluyla elde edilmiştir. Her iki yöntemle optimizasyon sonuçları birbirlerini yakından desteklemektedir. Optimizasyon sonucu bulunan parametrelerden elde edilen yanal hatanın rmse değeri 0.0004 m’ye, tepe değeri 0.0016 m’ye kadar düşmüştür. Pareto-önden elde edilen parametrelerden uygulama koşullarına bağlı olarak tepe ve rmse hatalar arasında en iyi uzlaşma sağlayacak olanını kullanmak mümkündür. Anahtar Kelimeler: NSGA-II - MODE - Yanal hata – Otomatik sürüş denetimi.