A study of an LQR drifting controller for RC cars

Drifting is a well-known driving technique especially in competitive sports and demonstration events. Drifting control is one of the hottest topics in vehicle control area. The present study intends to analyze the drifting condition for a car and design a proper controller to stabilize a Rear Wheel Driven (RWD), Radio Controlled (RC) car to a desired drifting equilibrium. The Linear Quadratic Regulator (LQR) is chosen in the present study. The design of the controller is based on a single track model with three state variables (longitudinal velocity, side slip angle and yaw rate) and two input commands (steer angle and throttle value). Those three state variables describe the dynamics of car precisely and all of them can be obtained by using an inertial measurement unit (IMU) and a motion tracking system. The steer and throttle commands are the most straightforward control variables for a driver. A feedforward-feedback control scheme is also applied to deal with the non-linear problem of single track model in this study. Simulink is a developed environment for designing complex system. The whole system is designed in Simulink and is compiled to ROS nodes with the function of MatLab directly. When the ROS nodes are generated, a series of tests with simple input commands are performed for validation of the procedure from Simulink model to ROS nodes. The LQR controller with a feedforward-feedback scheme are finally simulated in ROS. The simulation results are evaluated. It indicates that the controller can properly stabilize the model to a desired equilibrium from a standing still state with optimized parameters of LQR.

Il drifting è una tecnica di guida nota specialmente nella competizioni sportive e nello spettacolo. Il Controllo del drifting è uno degli argomenti più popolari nell’area di controllo del veicolo. Lo studio presente intende analizzare la condizione di drfiting per una macchina radio comandata (RC) e progettare un controllore per la stabilizzazione di un’auto a trazione posteriore (RWD) attorno ad un equilibrio di drifting desiderato. Il regolatore lineare quadratico (LQR) è stato scelto nel presente studio. Il controllore si basa su un modello bicicletta con tre variabili di stato (la velocità longitudinale, l’angolo di slittamento laterale e la velocità di imbardata) e due comandi d’ingresso (l’angolo dello sterzo e il valore dell’acceleratore). Queste tre variabili di stato possono descrivere la dinamica di automobile con precisione ed esse si possono stimare a partire da una piattaforma inerziale (IMU) e da un sistema di motion tracking. I comandi dello sterzo e dell’acceleratore sono le variabili di controllo più diretti per un pilota. In questo studio, viene applicato anche uno schema feedforward-feedback di controllo per affrontare il problema non lineare del modello bicicletta. Simulink è un ambiente sviluppato per progettare i sistemi complessi. Il sistema intero si progetta in Simulink e si compila ai nodi di ROS direttamente tramite la funzione di MatLab. Quando vengono generati i nodi di ROS, una serie di prova con i comandi d’ingresso semplici sono state eseguite per la convalida della procedura dal modello di Simulink ai nodi di ROS. A conclusione di questo lavoro, il controllore LQR con una schema feedforward-feedback è simulato in ROS. I risultati della simulazione indicano che il controllore può stabilizzare il modello all’equilibrio desiderato, partendo dalla condizione di veicolo fermo, in presenza dei parametri ottimizzati dello LQR.