【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于路径跟踪控制方法领域，特别涉及一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法。
技术介绍
1、目前，路径跟踪控制是自动驾驶汽车的重要功能之一。此技术的目的是控制自动驾驶汽车沿着预定的轨迹行驶。在现有的路径跟踪控制技术中，主要的方法有mpc方法、最优控制方法、鲁棒控制方法等。这些方法大都是基于模型的控制方法，采用复杂的数学理论来设计控制器，在设计控制器时需要进行数学建模和分析，实现过程比较复杂。并且，基于模型的控制方法计算量大，在控制过程中会占用计算机大量的计算资源。因此，选择数据驱动方法来完成路径跟踪任务是一个较为合适的选择。无模型自适应控制(mfac)方法是一种数据驱动方法，它无需建立精确的数学模型，计算量小，适用于在建模困难情况下对自动驾驶汽车的路径跟踪控制。需要注意的是，自动驾驶汽车具有质量大、惯性大的特点，是一个典型的时滞系统，所以在控制过程需要考虑时滞的带来的影响。但目前无模型自适应控制对时滞情况下的处理并不充分，导致路径跟踪控制精度不理想。
2、因此，现在亟需一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，解决了现有技术中目前无模型自适应控制对时滞情况下的处理并不充分，导致路径跟踪控制精度不理想的问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，所述方法包括如下步骤：
3、在自动驾驶的车辆中构建控制动力学
4、将离散时间非线性时滞系统转化为偏格式动态线性化数据模型；
5、将偏格式动态线性化数据模型使用二阶的跟踪微分器获得微分信号，随后构造pfdl-imfac控制器；
6、通过pfdl-imfac控制器进行路径控制。
7、作为一优选的实施方式，所述离散时间非线性时滞系统对其进行描述，通过如下公式进行表示：
8、y(k+τ+1)＝f(y(k+τ),……,y(k+τ-nθ),u(k),……,u(k-nu))
9、其中，f(·)是未知非线性函数，表示无人驾驶汽车非线性的横/纵向动力学系统；nθ，nu是未知参数，表示动力学系统的阶数；τ为自动驾驶汽车系统的滞后时间系数；u(k)表示系统的当前时刻输入，即当前时刻的油门/刹车开度或方向盘转角；y(k)表示系统的当前时刻输出，即当前时刻的行驶速度或行驶角度。
10、作为一优选的实施方式，所述偏格式动态线性化数据模型表示为：
11、
12、其中，φl(k)＝[φ1(k),φ2(k),...,φl(k)]t为伪梯度，是一个时变向量；
13、δul(k)＝[δu(k),...,δu(k-l+1)]t；
14、l是控制输入线性化长度常数；
15、δul(k)＝ul(k)-ul(k-1)；
16、在传递函数为gp(s)e-τs且在系统参数的结构为慢时变的情况下，用τs+1代替e-τs来完成smith预估器的功能；系统在k时刻控制作用δul(k)驱动下的反馈量表示为：
17、
18、其中，y'(k)是y(k)的微分。
19、作为一优选的实施方式，在将偏格式动态线性化数据模型使用二阶的跟踪微分器获得微分信号时，采用如下公式进行表示：
20、
21、其中，t为采样时间，xtd(k)和x'td(k)为2阶跟踪-微分器的两个输出信号，xtd(k)为y(k)跟踪信号，x'td(k)为跟踪y(k)的微分信号，h和r分别为滤波因子和速度因子，fst(·)为非线性函数。
22、作为一优选的实施方式，所述fdl-imfac控制器采用如下公式进行路径控制：
23、
24、
25、为了算法具有更强的时变参数跟踪能力，设置其重置算法为：
26、
27、其中，为φl(k)的估计值，y*(k+τ+1)为期望输出；η和ρ是算法的步长因子，满足η∈(0,1]，ρ∈(0,1]；λ＞0，μ＞0为控制器参数。
28、作为一优选的实施方式，路径控制包括横向控制和纵向控制，所述横向控制通过控制方向盘转角以控制行驶方向，使车辆跟踪预定轨迹；纵向控制通过控制油门/刹车开度控制车辆速度，使车辆按照期望速度行驶，通过分别对纵向控制和横向控制单独设计控制器以实现无人驾驶汽车路径的路径跟踪控制。通过进行横向控制和纵向控制，改变车辆的行驶状态和速度，进而调整方向。
29、作为一优选的实施方式，所述车辆中设置有传感器，传感器持续将车辆的状态信息数据传递给主控计算机，通过主控计算机计算车辆状态信息数据后，得出期望速度以及期望位置。车辆中设置传感器的系统，传感器可以不间断地获取车辆的状态信息数据，并将其传输到主控计算机。主控计算机会通过计算这些数据，得出期望速度以及期望位置，这可以帮助车辆控制系统更好地掌控车辆的运行状态和行驶方向。这种系统可以提高车辆行驶的精准度和安全性，以及优化车辆的能源消耗。
30、作为一优选的实施方式，通过传感器检测到当前速度以及当前位置，在纵向控制过程中，基于期望速度和当前速度，通过设计的控制器计算出油门或制动踏板的当前控制量；在横向控制过程中，使用当前行驶姿态和期望行驶姿态，计算出方向盘旋转角度的控制量。该系统通过传感器检测到当前车辆的速度和位置，然后根据期望速度和当前速度，在纵向控制过程中计算出油门或制动踏板的当前控制量。这个控制量可以帮助车辆在不同的路况下以更加合适的速度行驶，从而提高了车辆的安全性和稳定性。
31、在横向控制过程中，该系统会使用当前行驶姿态和期望行驶姿态来计算出方向盘旋转角度的控制量。这个控制量可以帮助车辆在转弯或变道时保持稳定，从而提高了车辆的操控性和安全性。具体地说，如果车辆当前姿态与期望姿态不一致，控制器会计算出需要调整的方向盘旋转角度，并将这个角度传递给方向盘控制系统，以实现车辆的横向控制。
32、总之，该车辆控制系统可以通过纵向和横向控制，帮助车辆在不同路况下保持稳定和安全。通过计算当前速度和位置，期望速度和姿态，以及使用特定的控制器，可以实现对车辆行驶的精准控制，从而提高了车辆的性能和安全性。
33、作为一优选的实施方式，所述车辆中内置有路径跟踪系统，该路径跟踪系统包括主控模块、执行器模块、状态感知模块，主控模块通过执行器模块进行横向和纵向的控制量驱动，执行横向与纵向控制算法、计算方向盘的转角、计算出油门和刹车的开度和传达控制指令。这个系统可以通过控制量来操纵车辆的横向和纵向运动。这个系统由三个主要模块组成：主控模块、执行器模块和状态感知模块。
34、主控模块是该系统的核心，它负责计算控制量并将其传递给执行器模块。主控模块可以根据不同的控制算法计算出方向盘的转角、油门和刹车的开度，并将这些信息传递给执行器模块本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：所述离散时间非线性时滞系统对其进行描述，通过如下公式进行表示：
3.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：所述偏格式动态线性化数据模型表示为：
4.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：在将偏格式动态线性化数据模型使用二阶的跟踪微分器获得微分信号时，采用如下公式进行表示：
5.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：所述FDL-IMFAC控制器采用如下公式进行路径控制：
6.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：路径控制包括横向控制和纵向控制，所述横向控制通过控制方向盘转角以控制行驶方向，使车辆跟踪预定轨迹；纵向控制通过控制油门/刹车开度控制车辆速度，使车辆按照期望速度行驶，通过分别对纵向控制和横向控制单独设计
7.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：所述车辆中设置有传感器，传感器持续将车辆的状态信息数据传递给主控计算机，通过主控计算机计算车辆状态信息数据后，得出期望速度以及期望位置。
8.如权利要求7所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：通过传感器检测到当前速度以及当前位置，在纵向控制过程中，基于期望速度和当前速度，通过设计的控制器计算出油门或制动踏板的当前控制量；在横向控制过程中，使用当前行驶姿态和期望行驶姿态，计算出方向盘旋转角度的控制量。
9.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：所述车辆中内置有路径跟踪系统，该路径跟踪系统包括主控模块、执行器模块、状态感知模块，主控模块通过执行器模块进行横向和纵向的控制量驱动，执行横向与纵向控制算法、计算方向盘的转角、计算出油门和刹车的开度和传达控制指令。
10.如权利要求9所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：所述状态感知模块内置有速度传感器、激光雷达和GPS，速度传感器上传车辆速度信息，激光雷达上传车辆周边障碍信息，GPS上传车辆位置信息，状态感知模块将车辆速度信息、车辆周边障碍信息和车辆位置信息进行汇总后上传至主控模块内。
...【技术特征摘要】
1.一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：所述离散时间非线性时滞系统对其进行描述，通过如下公式进行表示：
3.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：所述偏格式动态线性化数据模型表示为：
4.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：在将偏格式动态线性化数据模型使用二阶的跟踪微分器获得微分信号时，采用如下公式进行表示：
5.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：所述fdl-imfac控制器采用如下公式进行路径控制：
6.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶汽车路径跟踪控制方法，其特征在于：路径控制包括横向控制和纵向控制，所述横向控制通过控制方向盘转角以控制行驶方向，使车辆跟踪预定轨迹；纵向控制通过控制油门/刹车开度控制车辆速度，使车辆按照期望速度行驶，通过分别对纵向控制和横向控制单独设计控制器以实现无人驾驶汽车路径的路径跟踪控制。
7.如权利要求1所述的一种无模型自适应自动驾驶...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘世达，林广，吉鸿海，王力，刘鹏，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。