無人駕駛車輛路徑跟蹤的增量式PID控制

 

路徑跟蹤是無人車研究方向的一項關鍵技術。路徑跟蹤控制算法是指能夠使無人車按照預設路徑，安全穩定行駛的控制方法。

 

建立無人車路徑跟蹤模型

預設無人車在A、B兩點間，當前位置為D點，航向為h_F

可以得到BD的距離d_p ；D到AB的垂線段距離d；夾角θp的值；航向角差h△=h_f-hg2；

 

允許的誤差范圍為0.2m，在誤差范圍內和誤差范圍外的控制策略是不同的

 

 

e_k為航向給定量r_k和反饋量c_k的差值，控制器PID的輸入量，δ為角度調整值

 

△u為控制器輸出，Kp為比例系數，T_I、T_D分別為積分和微分時間，K_I=1/T_I；K_D=T_D；K_I、K_D分別為積分系數和微分系數

在PID算法中引入積分環節的主要目的是為了減小系統靜差，提高系統的控制精度。

微分系數的引入主要是為了改善閉環系統的穩定性和動態響應速度，這是由於微分系統主要影響系統誤差變化速率。

由於PID控制器輸出是方向盤轉角，車輛方向不會瞬時改變太大，因此對其采取限幅措施，得到限幅輸出。即方向盤轉角每次最多變化的角度。

 

 

 

控制算法的步驟：

1、計算e_k的值：若車在誤差帶內，e_k=r_k-c_k；若車在誤差帶外，e_k=r_k-c_k-δ

2、確定積分系數：若e_k的值大於ξ時，K_I=0；若e_k的值小於ξ時，K_I等於設定值

3、確定微分系數：定義誤差變動量的平方值為Δｅ^２＝（ｅ_ｋ －ｅ_ｋ－１）^２；KD的值由微分系數分段圖得到

4、計算控制器輸出△u，確定限幅輸出