一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法-k8凯发

本发明涉及巡逻车轨迹跟踪，具体的说是一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法。

背景技术：

1、智能巡逻车作为城市交通管理和安全领域的新兴技术，城市道路环境的高度动态性和多样性，以及智能巡逻车在该环境下的高度复杂的操控要求，都需要较高的横向和纵向控制的精度以及稳定性。

2、巡逻车的路径规范问题尤为复杂，传统的路径规范方法一般采用pid、lqr以及mpc中的一种算法，对车辆的横向以及纵向控制不够稳定和精确。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中对车辆横向以及纵向控制的稳定性和精确性较差的问题，本发明提供一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，优化了横向和纵向的控制误差，提高了路径轨迹的灵活性和精度。

2、为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，通过七次多项式建立被控车辆的换道轨迹函数，根据换道轨迹函数获取最优的换道轨迹，然后，建立被控车辆的轨迹跟踪误差模型，并引入lqr控制算法对被控车辆进行横向调整和pid控制器对被控车辆进行纵向控制，其中，pid控制器引入模糊控制对其参数进行整定；最终，pid控制器输出执行油门和刹车控制信号以执行被控车辆的轨迹跟踪控制，协调被控车辆平稳换道。

3、作为上述一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法的一种优化方案：包括以下步骤：

4、s1，获取被控车辆的实时状态信息，并依据实时状态信息建立安全性约束条件，基于七次多项式建立被控车辆的换道轨迹函数，根据换道轨迹函数获取最优轨迹信息；

5、s2，建立被控车辆的动力学模型，依据换道轨迹函数和动力学模型建立轨迹跟踪误差模型；

6、s3，依据前馈 反馈lqr控制算法对轨迹跟踪误差进行优化得到被控车辆的前轮转角，对被控车辆进行横向调整；

7、s4，实时状态信息、最优轨迹信息和优化后的轨迹跟踪误差传输至pid控制器，并引入模糊控制实时整定pid控制器的参数，最终，输出pid控制器的参数；

8、s5，根据pid的参数输出油门和刹车控制信号执行被控车辆的轨迹跟踪控制。

9、作为上述一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法的另一种优化方案：所述s1中，所述实时状态信息包括被控车辆当前的位置、速度、加速度和横摆角。

10、作为上述一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法的另一种优化方案：所述s1中，安全性约束条件为：

11、

12、其中，ω(t0)为起始点位置，ω(tp)为终止点位置，v(t0)为起始点速度，v(tp)为终止点速度，a(t0)为起始点加速度，a(tp)为终止点加速度，j(t0)为起始点加速度变化率，j(tp)为终止点加速度变化率。

13、作为上述一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法的另一种优化方案：所述s1中，换道轨迹函数包括横向轨迹函数和纵向轨迹函数，其中横向轨迹函数为：

14、

15、wp为规划的期望位移，w0为起始位移，tp为规划时间，t为时间

16、综合轨迹函数为：

17、

18、其中，a为待求系数，b为待求系数，x为横向位移，y为纵向位移。

19、作为上述一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法的另一种优化方案：所述s2包括以下步骤：

20、s21，被控车辆的动力学模型为：

21、

22、其中，为加速度，为横摆角加速度，cf为前轮胎的侧偏刚度，cr为后轮胎的侧偏刚度，la为被控车辆质心到前轴的距离，lb为被控车辆质心到后轴的距离，m为被控车辆的质量，vx为被控车辆的纵向速度，iz为车辆的转动惯量，δ为前轮胎侧偏角；

23、令则上式为：

24、

25、其中，为被控车辆的状态向量，a为状态转移矩阵，b为控制输入矩阵，u为控制输入向量；

26、s22，设计综合考虑跟踪性评价指标的目标函数：

27、j＝e2rr u2；

28、s23，依据动力学模型和目标函数建立跟踪误差模型：

29、

30、其中，ed为横向位移误差，为横向速度误差，为横向加速度误差，为横摆角误差，为横摆角速度误差，为横摆角加速度误差，为航向角速度，cf为前轮胎的侧偏刚度，cr为后轮胎的侧偏刚度，la为被控车辆质心到前轴的距离，lb为被控车辆质心到后轴的距离，m为被控车辆的质量，vx为被控车辆的纵向速度，iz为车辆的转动惯量，δ为前轮胎侧偏角。

31、作为上述一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法的另一种优化方案：所述s3中，前馈控制量为：

32、

33、其中，k为lqr控制算法得到的反馈增益，la为被控车辆质心到前轴的距离，lb为被控车辆质心到后轴的距离，k3为状态权重矩阵的控制增益，m为被控车辆的质量，vx为被控车辆的纵向速度，cf为前轮胎的侧偏刚度，cr为后轮胎的侧偏刚度；

34、反馈控制量为：

35、uk＝-(r btpk 1)-1btpk 1axk

36、其中，r为输入权重矩阵，bt为控制输入矩阵的转置，pk 1为k 1时刻的状态协方差矩阵，a为状态转移矩阵，b为控制输入矩阵，xk为k时刻的状态向量。

37、作为上述一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法的另一种优化方案：所述s4中，引入模糊控制后的反馈控制量为：

38、

39、模糊pid控制器的参数为：

40、

41、其中，kp为比例参数，ki为积分参数，kd为微分参数，e(t)为t时刻的误差；

42、参数的整定规则为：

43、误差较大时，增大kp值和kd值、减小ki值；

44、误差中等时，减小kd值和kp值；

45、误差较小时，减小kp值、增大ki值。

46、与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

47、本发明提供了一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，通过七次多项式建立被控车辆的换道轨迹函数，根据换道轨迹函数获取最优的换道轨迹，然后，建立被控车辆的轨迹跟踪误差模型，并引入lqr控制算法对被控车辆进行横向调整和pid控制器对被控车辆进行纵向控制，其中，pid控制器引入模糊控制对其参数进行整定，优化了横向和纵向的控制误差，提高了路径轨迹的灵活性和精度。

技术特征：

1.一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：通过七次多项式建立被控车辆的换道轨迹函数，根据换道轨迹函数获取最优的换道轨迹，然后，建立被控车辆的轨迹跟踪误差模型，并引入lqr控制算法对被控车辆进行横向调整和pid控制器对被控车辆进行纵向控制，其中，pid控制器引入模糊控制对其参数进行整定；最终，pid控制器输出执行油门和刹车控制信号以执行被控车辆的轨迹跟踪控制，协调被控车辆平稳换道。

2.如权利要求1所述的一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述s1中，所述实时状态信息包括被控车辆当前的位置、速度、加速度和横摆角。

4.如权利要求1所述的一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述s1中，安全性约束条件为：

5.如权利要求1所述的一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述s1中，换道轨迹函数包括横向轨迹函数和纵向轨迹函数，其中横向轨迹函数为：

6.如权利要求1所述的一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述s2包括以下步骤：

7.如权利要求1所述的一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述s3中，前馈控制量为：

8.如权利要求1所述的一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述s4中，引入模糊控制后的反馈控制量为：

技术总结
一种参数自适应的智能巡逻车高精度轨迹跟踪控制方法，通过七次多项式建立被控车辆的换道轨迹函数，根据换道轨迹函数获取最优的换道轨迹，然后，建立被控车辆的轨迹跟踪误差模型，并引入lqr控制算法对被控车辆进行横向调整和pid控制器对被控车辆进行纵向控制，其中，pid控制器引入模糊控制对其参数进行整定；最终，pid控制器输出执行油门和刹车控制信号以执行被控车辆的轨迹跟踪控制，协调被控车辆平稳换道，本发明，优化了横向和纵向的控制误差，提高了路径轨迹的灵活性和精度。

技术研发人员：高爱云,勾王启,付主木,陶发展,宋书中,高颂,王俊,孙力帆,王楠,朱龙龙,杨艺,陈灵峰
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8