无人驾驶 | MIT无人驾驶运动路线控制

对于无人驾驶汽车来说,除了感知周边的环境、定位这两大方面之外,很重要的一点就是运动的控制。

对于无人驾驶汽车循着特定的轨迹稳定的运动并非易事,下面就根据MIT研究的无人驾驶汽车运动控制的视频来看看这方面的技术。

1. Bang-Bang Control

如果小车距离线路较远,它要找到这条线路,并能够转到这条线路上来,那么它需要先分清它在这条线的左边还是右边。在线的左边就让小车向右转,在线的右边就让小车像左转。

砰-砰控制(Bang-Bang控制)是工程领域中最为常见的一种综合控制形式。在这类控制形式中,根据系统的运动状况,最优控制的各个控制变量在整个过程中分段地取为容许控制范围的正最大值或负最大值。

砰-砰控制的原理是把最优控制问题归结为:将状态空间划分为两个区域,一个区域对应于控制变量取正最大值,另一个区域对应于控制变量取负最大值。这两个区域的分界面称为开关面,而决定砰-砰控制的具体形式的关键就是决定开关面。

这种控制对于乘客来说,会非常不舒服,因为车子在不断的晃悠,来尽量靠近线路。

2. Proportional Control

比例控制系统是线性的回授控制系统,像浴室抽水马桶的浮球阀及离心式调速器都是经典的比例控制系统。

比例控制系统比双金属自动调温器的开关控制要复杂,但比类似车辆巡航定速的PID控制要简单。若系统的响应时间较长,可以用开关控制来控制,但若响应时间短,可能会造成系统的不稳定。比例控制系统会将输出调变处理,或是配合像连续控制阀等装置,使输出不致于有不连续的变化。

比例控制类似大部分驾驶开车的方式,若车辆略超过目标速度,油门会稍为放松一些,使马力减少,因此车辆会慢慢的减速,在减速过程也会根据车辆速度和目标速度的差,持续的调整油门,最后会接近目标值,其误差比开关控制要小很多,而控制也平顺许多。

比例控制方式来控制小车的运行跟增益的设定有关,不同大小的增益产生的效果是不同的。

从图上来看,增益越大,效果会越好。但是这并不代表着增益越大越好,当线路离着小车非常远的时候,就会出现问题。

3. 导数控制

为了解决上面的问题,在其变量中再增加小车左右移动的导数变量以及其增益。相当于两个参数,分别是控制小车方向和向这个方向运动加速度的变化。

这样一来,小车的控制就取决于这两个参数增益的调节,寻找到一个比较平衡的点,小车就能比较平稳的运行。

但是这种情况也有一定的问题,当小车遇到路障,改变了小车的运行路线之后,它不能回到线路上来。

4. 积分控制

解决这个的办法就是增加积分控制。选择好的积分控制增益可以得到非常好的效果。

以上这些就是所谓的PID控制。利用PID控制可以实现对无人驾驶汽车按照线路行驶的控制。

声明:我对PID控制基本上是小白了,大学学的都还给老师了,如果有不对的地方请各位看官指正,谢谢!

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2016-03-01

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