无人车辆行驶路径的分层协调最优跟踪控制

摘要

为了实现无人车辆对给定路径高精度跟踪控制,设计了分层协调最优控制器的路径跟踪方法。首先建立了车辆的动力学模型;综合路径跟踪控制精度和稳定性,以分段函数的形式设定了预瞄距离;建立了单点预瞄控制系统的状态空间方程并进行了线性化处理。设计了分层协调最优跟踪控制器,上层控制使用LQR最优控制,基于系统状态得到实时最优控制律;下层控制使用参数智能整定PID控制,实现了参数对系统工况的实时最优化,从而下层控制器能够准确跟踪上层控制器计算的最优控制律。经仿真验证,在变道-直线行驶和U形轨迹中,分层协调最优控制器的跟踪精度最高,且控制律幅值整体小于另外两种控制器。在连续转弯、大曲率等复杂道路的跟踪控制中,分层协调最优控制器能够实现较高精度跟踪,而文献[12]优化控制跟踪失败。实验结果表明,分层协调最优控制器具有较强跟踪能力和较好鲁棒性。