无人驾驶中的控制模块-模型预测控制

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模型预测控制(MPC)是一种更加复杂的控制器,它非常依赖于数学优化。MPC一般分为三个步骤:

1、建立车辆模型;

2、利用优化引擎计算有限范围时间内的控制输入;

3、执行第一组控制输入;

MPC是一个重复的过程,它计算一系列控制输入,并优化改序列。但MPC控制器实际只实现了序列中的第一组控制输入,然后控制器再次重复该循环。

为什么不执行整个控制输入序列呢?是因为我们仅仅采用了近似测量与计算,如果实现了整个控制输入序列,实际产生的车辆状态与我们的模型会有很大的差异,必须在每个时间不断的重新评估控制输入的最优序列。

建立车辆模型

模型预估了一组控制输入应用与车辆会发生什么。

无人驾驶中的控制模块-模型预测控制

MPC预测越深入,控制器就越精确,但是需要的时间就越长,所以往往需要在速度和准确度之间做个平衡。

无人驾驶中的控制模块-模型预测控制

将模型输入优化引擎

优化引擎通过密集搜索空间来寻求最佳解决方案,优化引擎依赖于物理模型的约束条件来减小搜索空间。

优化引擎可以间接评估控制输入,首先对车辆轨迹进行建模,然后通过成本函数进行轨迹的评估,成本函数主要基于与目标轨迹的偏差、加速度、乘客的乘坐舒适度等。

无人驾驶中的控制模块-模型预测控制

模型控制预测(MPC)考虑了车辆模型,因此比PID控制器更加精确,它也适用与不同的成本函数,我们可以在不同的情况采用不同的成本函数。但是相对PID,MPC也更加的复杂,速度慢,难以实现,


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