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自主驾驶车辆的轨迹规划及跟踪控制研究
| 论文题名： | 自主驾驶车辆的轨迹规划及跟踪控制研究 |
| 关键词： | 自主驾驶车辆;模型预测控制;路径规划;轨迹跟踪 |
| 摘要： | 自主驾驶车辆是一类可以感知工况、规划行驶轨迹并进行轨迹跟踪的移动机器人，现阶段自主驾驶技术的发展因两点需求越来越引人注意，一是降低交通事故的频发性，二是增加交通的有序性以方便智能交通网络的建立。本文借助模型预测控制在处理物理约束和高阶时变系统时的优势，采用李雅普诺夫稳定性理论和Schur补引理等辅助工具系统性地研究了自主驾驶车辆在现实生活中可能遇到的三类问题，这三类问题分别为给定轨迹跟踪、主动转向以及主动避障。主要研究内容有以下三方面： 1.在系统状态量不可测量情况下，研究了基于动态输出反馈的自主驾驶车辆轨迹跟踪控制问题。首先，采用近似线性化和一阶差商的方法，建立了车辆运动学误差多胞模型；然后，在运动学模型基础之上将无限时域控制作用参数化为动态输出反馈律，设计了动态输出反馈预测控制器，每一采样时刻在线求解优化问题得到系统控制量，即车辆前轮转角和速度；最后，搭建好Simulink/Carsim联合仿真平台，并在此平台上验证了动态输出反馈预测控制算法的有效性。 2.研究了基于状态反馈的自主驾驶车辆主动转向控制问题。首先，采用近似线性化和一阶差商的方法，建立了车辆动力学误差多胞模型；然后，在动力学模型基础之上将无限时域性能指标函数参数化为状态反馈控制律，设计了状态反馈预测控制器，每一采样时刻在线求解优化问题得到系统控制量，即车辆前轮转角；最后，在联合仿真平台上验证了状态反馈预测控制算法的有效性。 3.在研究内容二的基础上，研究了加入规划层的自主驾驶车辆主动避障控制问题。首先，假想规划层存在点质量模型车辆，在避障惩罚函数的基础上选择合适的跟踪参考点；然后，在性能指标函数中考虑对期望路径的偏差最小以及避开障碍物，并利用二次规划求解器在每一采样时刻实时求解优化问题，从而得到轨迹拟合参数；最后，跟踪层接收参数得到局部跟踪轨迹，在仿真平台中验证了带有一个自由控制作用的状态反馈预测控制算法在解决主动避障问题时的有效性。 |
| 作者： | 周贵超 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 唐晓铭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆邮电大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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