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电力驱动自动驾驶汽车有限时间横向抗扰控制研究
| 论文题名： | 电力驱动自动驾驶汽车有限时间横向抗扰控制研究 |
| 关键词： | 电力驱动自动驾驶汽车;运动控制;横向控制;纵向控制;有限时间控制 |
| 摘要： | 高效的出行方式与生产方式一直以来都是人类科技进步的动力源泉，自动驾驶技术因其高效便捷的应用价值和广阔的市场前景自出现之日便备受关注。近年来对自动驾驶技术的研究主要集中在环境感知、决策规划与运动控制三个研究方向。其中运动控制部分好比自动驾驶车辆的“双手双脚”，车辆每一次对执行机构的操作指令都是由运动控制模块计算给出。可靠的运动控制算法是保证车辆能否按照期望的路线行驶，保障乘客舒适性与安全性的关键。本文从不同的车辆行驶工况出发对运动控制开展研究，分别探讨了车辆在崎岖路面、非稳定纵向行驶速度以及大曲率弯道的运动控制算法，保证自动驾驶车辆快速稳定准确的完成运动控制任务。 首先，针对自动驾驶车辆在崎岖路面受到扰动无法精确建模的问题，提出了一种基于非线性ESO与非线性控制器的横向控制算法。非线性ESO可有效的将车辆行驶过程中受到的扰动估计出来，并在控制器中加以补偿，提高系统鲁棒性。而非线性控制器可以使车辆运行轨迹快速准确地收敛于参考轨迹，提高车辆横向控制精度。通过Lyapunov方法证明了车辆横向闭环系统的有限时间收敛性质。实车实验结果验证了所提方法的有效性。 其次，考虑车辆在非稳定纵向速度工况下路径跟踪问题，提出了有限时间收敛的车辆横向控制方案。针对自动驾驶车辆运动学模型与动力学模型设计了双闭环控制策略，外环系统设计了轨迹跟踪控制器实现车辆对参考轨迹的跟踪，内环系统设计了非线性ESO和航向角速度控制器来保证车辆对外环输出的期望航向角速度的跟踪。双闭环系统的有限时间收敛性质由Lyapunov方法得以证明。实车对比实验结果验证了本方法在非稳定纵向速度下的优越性。 最后，针对诸如转弯车道或者环岛车道的大曲率车道路径跟踪问题，提出了具有全状态约束的有限时间运动控制算法。考虑自动驾驶车辆运动控制系统的横向子系统和纵向子系统，分别设计了全状态约束的有限时间横向控制器与纵向控制器。同时为横向子系统与纵向子系统中未建模动态分别设计了非线性观测器进行观测。由Lyapunov方法证明了所提出的控制方案的有限时间收敛性质。实车对比实验结果验证了车辆在环岛车道路径跟踪过程中的优越性。 |
| 作者： | 程浩 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 杨洪玖;呼文韬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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