無模型的 PID 橫向控制算法參數少,簡單易用,但是由于沒有考慮車輛系統動力學特性及路徑本身的動態變化特性,對外界干擾的魯棒性較差。
在高速或曲率較大的彎道場景時,會出現較大的跟蹤誤差和“畫龍”現象,因此,該方法比較適合應用于低速曲率較小的路徑跟蹤控制場景中。
基于運動學模型的橫向控制算法中,Pure Pursuit 和 Stanley 前輪反饋算法在中低速場景下,他們的路徑跟蹤的性能較好。
Pure Pursuit 在大的跟蹤誤差和非連續的路徑場景下魯棒性較好,其控制的關鍵在于對最佳前向預瞄距離的確定其中,增大前向預瞄距離將提高車輛控制的穩定性。
但隨之會帶來路徑跟蹤性能降低及穩態誤差增大的后果,表現出轉彎內切現象。
相比于 Pure Pursuit 算法,Stanley 前輪反饋算法還額外考慮了橫擺角偏差,因此在大多數場景下,跟蹤性能更佳,然而,由于沒有設置前向預瞄,Stanley 算法會出現轉向過度的情況。
與 Pure Pursuit 和 Stanley 算法相比,后輪反饋控制算法計算更加復雜, 對路徑的平滑性要求更高。
在中等速度下的跟蹤性能及魯棒性與 Stanley 方法近似,然而在速度較大時,穩態誤差也會變大,從而導致控制效果不佳。
LQR 算法使用二自由度動力學模型來設計橫向控制器,與前述基于運動學模型的幾種算法相比,LQR 參數調節更加復雜,其不僅需要獲取車輛自身的模型參數。
還需要調節LQR 目標函數的 Q,R 矩陣以獲得較優的跟蹤性能。
LQR 算法的優點在于,通過與轉向前饋進行有效結合,LQR 能夠很好的解決曲線行駛時的穩態跟蹤誤差,在中等速度曲線行駛時其穩態誤差趨近于零,從而極大提升跟蹤性能。
LQR 非常適用于路徑平滑的高速公路及城市駕駛場景,具有較好的車輛高速控制性能。
但是,由于模型的固有缺陷,LQR 與前饋控制的結合也無法解決所有跟蹤控制問題,由于該方法采用基于簡化后的二自由度動力學模型。
因此當車輛運動不滿足二自由度動力學模型轉向小角度,或輪胎動力學線性化的假設條件時,LQR 算法的跟蹤性能會大幅降低,從而導致控制失效。
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