无人驾驶车辆路径跟踪的增量式PID控制

路径跟踪是无人车研究方向的一项关键技术。路径跟踪控制算法是指能够使无人车按照预设路径，安全稳定行驶的控制方法。

 

建立无人车路径跟踪模型

预设无人车在A、B两点间，当前位置为D点，航向为h_F

可以得到BD的距离d_p ；D到AB的垂线段距离d；夹角θp的值；航向角差h△=h_f-hg2；

允许的误差范围为0.2m，在误差范围内和误差范围外的控制策略是不同的

e_k为航向给定量r_k和反馈量c_k的差值，控制器PID的输入量，δ为角度调整值

△u为控制器输出，Kp为比例系数，T_I、T_D分别为积分和微分时间，K_I=1/T_I；K_D=T_D；K_I、K_D分别为积分系数和微分系数

在PID算法中引入积分环节的主要目的是为了减小系统静差，提高系统的控制精度。

微分系数的引入主要是为了改善闭环系统的稳定性和动态响应速度，这是由于微分系统主要影响系统误差变化速率。

由于PID控制器输出是方向盘转角，车辆方向不会瞬时改变太大，因此对其采取限幅措施，得到限幅输出。即方向盘转角每次最多变化的角度。

控制算法的步骤：

1、计算e_k的值：若车在误差带内，e_k=r_k-c_k；若车在误差带外，e_k=r_k-c_k-δ

2、确定积分系数：若e_k的值大于ξ时，K_I=0；若e_k的值小于ξ时，K_I等于设定值

3、确定微分系数：定义误差变动量的平方值为Δｅ^２＝（ｅ_ｋ －ｅ_ｋ－１）^２；KD的值由微分系数分段图得到

4、计算控制器输出△u，确定限幅输出