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控制理论
- 简介
- 控制模块的输入一方面来自planning（规划模块），另一方面来自反馈阶段信息（如localization和HD Map）（定位与高精地图）
- 其输出结果是控制指令，与下层模块canbus（车辆交互标准）进行交互
- 同时控制模块也会从底层车辆得到反馈信号：速度信息、四轮转速信息、车辆健康状况信息、底盘是否报错信息、危险信息
控制模块
- 控制模块包括三个部分：预处理、控制器和后处理
- 预处理部分的主要功能包括三方面：
- 第一是对输入信号的检查，对不正常信号的过滤
- 第二是做一些紧急处理
- 第三是做一些滤波操作，例如信号的平滑等
- 控制器主要功能包括：模型建立、系统识别和分析，控制器/观察器设计以及参数调优等功能
- 后处理部分将信号发送给执行器，包括限制的处理以及信号滤波
- 因为油门、刹车、转向这种执行器本身有上下限、滞后（回滞曲线），所以需要对信号进行一些相关处理
- 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
- 对于自动驾驶而言，规划的轨迹和车辆的实际运行轨迹并不完全一致，控制器按照规划轨迹在条件允许下尽可能地调节车辆本身
- 为了能够安全、舒适的行驶，自动驾驶系统对性能的要求需要控制模块，主要体现在以下几个方面
- 首先是稳定性，包括在所有场景下的车辆行为稳定和安全。
- 其次是稳定状态的行为，减少或者消除规划和实际车辆行为的差别。
- 最后是瞬时状态的行为。
- 自动驾驶系统是否满足性能要求可以从三个角度去评测：时域、频域以及discrete domain（离散域）
- 时域是指输出在时间轴上应该满足的要求
- 其衡量的指标包括steady state gain、rising time、setting time、overshoot和undershoot
- 系统在频域里也需要满足一定的要求
- 在频域空间，X轴是输入频率，Y轴是输出跟输入的比例，理想状态下输出和输入比例应该为1
- 系统性能在频域中的评价指标包括pass band、cutoff frequency等
- 最简单的控制器就是PID控制器，即比例、积分、微分控制，它是一个model free的控制方法
- PID控制的基本原理：
- U是参考量，它和反馈信号之间的差距用error 表示，即图中的e
- 比例控制P的意思是该控制量与误差成比例，用kp*e(t) 表示
- 当kp比较小的时候，接近终值的速度会非常慢，如右图的红线所示，但是它有超调与undershoot现象
- 当kp设置比较大时，则达到稳态速度变快，但会超调，如右图紫色曲线所示
- 如果系统中存在损耗，比如汽车上坡的动力或者摩擦损耗，使得比例控制每次增加的控制量就等于或者小于损耗时，出现稳态误差，这就是引入积分控制的目的，它可以将之前的误差进行积分，消除稳态误差
- 微分控制的目的是使系统更快的从瞬态转化为稳态
参考资料