一种基于高斯过程PID控制参数的自动安全整定方法技术

本发明专利技术属于汽车技术领域，具体的说是一种能够在保证安全的情况下，基于高斯过程PID控制参数的自动安全整定方法。本发明专利技术采用设计了代价函数来评估控制效果的优劣程度，设计了安全评估函数来评估当前状态离危险状态还有多远，进而求出下一次函数评估的定义域范围。利用高斯过程回归模型来拟合控制器参数与代价函数之间的函数关系，拟合控制器参数与安全评估函数之间的关系。再利用贝叶斯优化定理对代价函数进行优化，得到使得代价函数最小值所需要配置的控制器参数。通过这种方法可以安全自动地求得最优的控制器参数值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高斯过程PID控制参数的自动安全整定方法
本专利技术属于汽车
，具体的说是一种能够在保证安全的情况下，基于高斯过程PID控制参数的自动安全整定方法。
技术介绍
随着各个行业自动化技术的发展，越来越多的重复性操作已经逐渐不再需要人工操作，而是逐渐由自动化的机器，自动化算法所逐渐替代。在控制领域，调整控制参数是一件很繁杂的事情，需要不断地调整参数，观察实验结果，如果实验结果不能满足预期，则又需要重复上述工作。上述重复性的工作对于一个熟练的操作人员一般需要5～10次之多，而对于一些不熟练的操作人员而言，则重复整定的次数则是熟练的操作人员的几倍之多，此外，不熟练的标定工程师没有太多的经验，还可能人工调试出一些导致机器发生意外状况的参数出现。于此，则可能造成很大的安全隐患。在智能驾驶的控制部分当中，纵向车辆控制一直以来是一个很热门的控制话题，其中一个重要的应用方向包括车辆的自适应巡航控制(ACC)，常见的纵向控制使用的是PID的方法控制其纵向加速度。传统的方法是人工试配PID的各个参数。这种操作重复且复杂，需要耗费大量的人力，如果试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高斯过程PID控制参数的自动安全整定方法，其特征在于，该整定方法包括以下步骤：/n步骤一、初始化控制器，首先给控制器一个很保守的参数，这个参数由自己设定，只要可以使被控系统达到所期望的理想值即可；/n步骤二、根据当前的车辆状态，以及已有的控制器的参数，按照控制器内部的计算法则，计算出所输应该输出的控制量，输出给被控对象；/n步骤三、对被控对象施加控制量，在被控对象得到了控制量之后，便输出了下一时刻的状态量。也就得到了控制量及其下一时刻的状态量；/n步骤四、对得到的控制量和状态量输入给代价函数中，代价函数根据这些值计算出的代价值，间接表示了这些控制器参数的性能；/n步骤五、将得到的控...

【技术特征摘要】
1.一种基于高斯过程PID控制参数的自动安全整定方法，其特征在于，该整定方法包括以下步骤：
步骤一、初始化控制器，首先给控制器一个很保守的参数，这个参数由自己设定，只要可以使被控系统达到所期望的理想值即可；
步骤二、根据当前的车辆状态，以及已有的控制器的参数，按照控制器内部的计算法则，计算出所输应该输出的控制量，输出给被控对象；
步骤三、对被控对象施加控制量，在被控对象得到了控制量之后，便输出了下一时刻的状态量。也就得到了控制量及其下一时刻的状态量；
步骤四、对得到的控制量和状态量输入给代价函数中，代价函数根据这些值计算出的代价值，间接表示了这些控制器参数的性能；
步骤五、将得到的控制量和状态量输入给安全评估函数中，安全评估函数根据这些值计算出安全值，继而计算下一步的所需要评估参数的安全范围；
步骤六、在得到控制器参数与相对应的代价值进行高斯过程拟合，得到代价值与相应的控制器参数的拟合的函数关系；
步骤七、对控制器参数与相对应的安全值进行高斯过程拟合，得到的安全值与相应的控制器参数的拟合的函数关系；
步骤八、安全评估步骤，根据上一步得到的安全函数进行评估，假定安全函数满足Lipschitz条件，利用Lipschitz常数来评估下一步的安全值的范围。也随之下一步评估的参数的定义域就在安全值的范围当中，能够保证足够的安全；
步骤九、由上一步得到的安全范围，对控制器的参数进行优化，所优化出的控制器参数仍然处于安全的范围中，在安全的范围内求得使代价函数最小的参数，并将该参数输入给控制器；
步骤十、控制器的到参数之后，重复步骤二，直至两次重复求得到的代价函数之间的误差小于某个临界值。便停止继续试验；
步骤十一、参数整定完成，停止试验，关闭所有的设备。


2.根据权利要求1所述的一种基于高斯过程PID控制参数的自动安全整定方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：
控制器计算控制输入量，输入量的计算公式可以由下式表示：



公式(1)中，x为实际当前的状态量，xref为当前理想的状态量；在自适应巡航控制当中，状态量为当前加速度，理想状态量为理想的加速度；当然，在复杂的控制逻辑当中，状态量还可以为向量，不仅局限为标量；控制量u根据当前状态量与理想状态量之间的偏差，通过PID计算出所需要的控制输入量，在自适应巡航控制中u为所输出的驱动力或者制动力；在这里面Kp、Ki、Kd均为所整定的参数；简洁起见，下文将用符号θ来代表所需要的整定参数：
θ＝[Kp,Ki,Kd]T(2)
方程(1)中min(),max()函数是为了限定控制量u不会超过物理极限，使最后求解的控制量能够达到满足的状态。


3.根据权利要求1所述的一种基于高斯过程PID控制参数的自动安全整定方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法如下：
被控对象执行输入量，由牛顿定律，车辆纵向控制的方程可以表示为：



式(3)中为，m代表整车质量，为加速度，Fu为(1)式计算出的控制量，Fr为车辆行驶过程中的各种阻力之和；车辆执行控制输入量在执行之后产生了下一时刻的状态量，输出给代价函数中计算。


4.根据权利要求1所述的一种基于高斯过程PID控制参数的自动安全整定方法，其特征在于，所述步骤四的具体方法如下：
代价函数计算输入量与状态量与理想值之间的偏差继而得到代价函数值，一种可能的代价函数表达如下：



式(4)中，Q为二次正定矩阵，代表了状态量偏差的惩罚系数；R代表了对于控制量的惩罚程度；Tov代表PID控制过程的超...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坚，陈国胜，李帅，杜志强，张晶华，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22