自动驾驶——控制(Control)

什么是控制

控制主要是为了弥补数学模型和物理世界执行之间的不一致性。

要求:

  • 稳定性:包括在所有场景下的车辆行为稳定和安全
  • 稳定状态的行为:减少或者消除规划和实际车辆行为的差别;跟踪精度
  • 瞬时状态的行为:舒适VS敏捷

评测自动驾驶是否满足性能要求的三个角度:时域、频域以及离散域(discrete domain)

时域
时域上的五个指标:steady state gain、rise time、setting time、overshoot、undershoot
频域

说明:X轴是输入频率、Y轴是输出频率与输入频率之比;理想状态下,Y轴应该为1,即实际要贴合规划

频域上的指标:pass band、stop band、transition band、bandwidth、cut-off frequency、
离散域
时域与频域之间的关系:各自需求是可以等价转化的

此外,系统性能还有一些其他的考量指标,诸如Desire behavior、Feasibility、Uncertainty、Action、Disturbances、Approximate behavior、Measurements等等


控制模块解析

Apollo自动驾驶软件框架:控制的输入来源于规划、反馈截断信息(定位、高精地图等等);而其输出则是针对于canbus(车辆交互标准)的控制指令

控制模块的组成

控制模块的三个部分

预处理: 对输入信号检查,对不正常信号的过滤、做紧急处理、滤波操作,信号平滑
控制器: 模型建立、系统识别和分析、控制/观察器设计、参数调优
后处理:将信号发送给执行器,饱和/限制处理、信号滤波(信号平滑,增益衰减)


最简单的控制器——PID控制器

P:proportion比例     I:integral积分     D:differential微分

PID控制器原理

u:输入,参考量
Kp、Kd:常量
e(t):u于反馈信号之间的误差

  • 控制量与误差成比例,即kp*e(t);红线——小Kp值、紫线——大Kp值
  • 针对于稳态误差,即车辆长时间处于与既定规划轨迹平行但是有横向偏移的情况,引入了积分,即将误差积分
  • 微分控制的目的是使系统更快的从瞬态转化为稳态
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