基于自适应动态控制的无人车轨迹跟踪控制器设计_李哲.pdf
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1、书书书 年月第 卷 第期河北水利电力学院学报 文章编号:()基于自适应动态控制的无人车轨迹跟踪控制器设计李哲,杨宇航,尹雁宇,尹雅琪(唐山市交通运输局,河北省唐山市路北区大里路 号 ;(北京科技大学 自动化学院,北京市海淀区学院路 号 )摘要:针对无人车系统存在干扰和故障影响的问题,文中设计一种基于滑模观测器的自适应轨迹跟踪控制方法。考虑无人车在运行过程中存在系统参数摄动和执行器传动机构加性故障的情况,同时结合系统非线性结构特性,设计自适应滑模观测器估计故障信号,并在此基础上设计自适应控制律对系统时变参数进行在线估计,保证闭环系统稳定且满足给定路径跟踪性能要求。仿真结果表明,在系统时变参数和执
2、行器加性故障影响下,应用文中设计的控制方法可以取得期望的轨迹跟踪性能且鲁棒性较好。关键词:轨迹跟踪;自适应控制;滑模观测器;执行器故障中图分类号:;文献标识码:近年来,无人驾驶技术已经成为人工智能领域的研究热点,而轨迹跟踪控制作为无人驾驶技术的核心之一也引起国内外学者的广泛关注。在无人车模型或参数精确已知,且车速较低的情况下,纯跟踪控制、控制、等传统控制策略可以取得较好的跟踪效果。然而,在实际复杂环境和高速行驶时,车辆的侧倾、载荷转移等因素会导致系统参数发生变化,从而提高车辆模型的非线性程度,并增加额外物理约束。因此,提高控制策略的鲁棒性以及对时变参数的调节能力显得尤为重要。赵熙俊等人提出基于
3、滑模变结构的车轮主动转向控制算法,能够实现高速行驶下的可靠轨迹跟踪。章仁燮等针对执行器约束和建模误差问题,提出基于条件积分的鲁棒控制算法,解决积分饱和降低跟踪性能的问题。王康等人针对车辆的侧倾问题,设定控制器的物理约束并设计非线性模型预测控制算法,改善弯道工况下的轨迹跟踪精度。梁忠超等考虑时变参数对系统的影响,设计基于卡尔曼状态估计器的自适应模型预测控制器,在复杂多变的工况下实现高精度轨迹跟踪。等针对难以获取精确车辆动力学模型的问题,提出使用在线强化学习方法更新预测模型和轮胎参数,减小横向跟踪误差。需要指出的是,尽管已经存在大量轨迹跟踪方面的研究成果,但是考虑到实际车辆常具有复杂的非线性结构和
4、非完整约束特性,轨迹跟踪精度和驾驶稳定性仍需不断提高。文中针对无人车轨迹跟踪控制问题,考虑载荷移动带来的参数变化影响,同时针对噪声和执行器加性故障问题,提出一种基于滑模观测器的自适应控制方法。通过仿真实验,对所提出的控制方法与已有其他方法进行比对分析,结果验证了文中提出方法的有效性。无人车系统模型考虑图所示无人车模型,其中,是无人车的线速度和角速度,是无人车的质心,是万向轮的位置,是车辆的中心点,是万向轮与后轴的轴距,是车辆中心点到后轴中心的距离,是无人车的偏航角。收稿日期:修回日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目()第一作者简介:李哲(),男,河北唐山人,高级工程师,主要从事交通应急指挥
5、和调度、交通信息化管理等工作,研究方向为车载导航、路径规划和路径跟踪控制。:通讯作者简介:杨宇航(),男,北京市人,北京科技大学研究生,主要从事自动驾驶运动控制方向的研究。:图无人车系统模型图 根据图可以得到无人车动力学方程为?)()式中,列向量是无人车系统物理建模相关参数的函数,为式()的控制输入,列向量代表无人车建模过程中的参数误差。自适应控制器设计 运动学控制器设计首先不考虑式()中的扰动项,无人车的运动学模型变为?()定义,则?上式等价于?()针对运动学模型式(),设计控制器?()?()()式中,是控制器的增益,是饱和常数,是运动学控制器输出的控制指令;,和,分别表示当前车辆的中心位置
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