无人驾驶的规划与控制(四)——反馈控制

本文探讨了无人驾驶车辆的自行车模型,详细阐述了车辆在二维平面内的位移和车身角度描述,以及非完整性约束。重点讲解了PID反馈控制在横向和纵向控制中的应用,通过PID控制器调整方向盘转角和前进速度,以实现对车辆轨迹和速度的精确控制。

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1 自行车模型

在自行车模型中,我们假设车辆姿态处于一个二维的平面坐标系内,车辆的姿态可以由位移(position)和车身夹角(heading)完全描述,并且前后轮由一个刚性(rigid)轴连接,前轮可转动,后轮只能直行。

自行车模型的一个重要特征是:如果车辆不向前移动,就不能横向位移,称为非完整性约束(nonholonomic constraint)。
在这里插入图片描述

符号 含义
e ‾ x , e ‾ y \overline{e}_{x},\overline{e}_{y} ex,ey x和y方向的单位向量
p r p_{r} pr position rear tyre 后轮所在位置的向量
p ˙ r \dot{p}_{r} p˙r 后轮地面接触点瞬时速度向量
p f p_{f} pf position front tyre 前轮所在位置的向量
p ˙ f \dot{p}_{f} p˙f 前轮地面接触点瞬时速度向量
θ \theta θ 车身的朝向角,即后轮朝向角 P ˙ r \dot{P}_r P˙r e ‾ x \overline{e}_x ex的夹角
δ \delta δ 方向盘转角,前轮朝向和车身朝向的夹角
l l l 刚性轴长度

这样后轮的x方向速度分量 x ˙ r \dot{x}_r x˙r

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