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基于線性變參數(shù)系統(tǒng)的四輪轉(zhuǎn)向自主地面車輛路徑跟蹤控制及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2021-09-12 10:45:58·  來源：同濟(jì)智能汽車研究所  
　
4 路徑跟蹤控制器的設(shè)計
圖4顯示了四輪轉(zhuǎn)向AGV的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？梢园l(fā)現(xiàn)，控制系統(tǒng)主要由縱向運(yùn)動控制和路徑跟蹤控制兩部分組成。由于縱向運(yùn)動控制不是本文的主要研究內(nèi)容，這里就不介紹了，讀者可以在之前的工作中看到。本文主要關(guān)注路徑跟蹤算法設(shè)計。四輪轉(zhuǎn)向AGV的目標(biāo)路徑信息和實(shí)際位置被設(shè)置為路徑跟蹤控制器的輸入。然后，轉(zhuǎn)向角和可以被路徑跟蹤控制器計算出。
 
圖4 四輪轉(zhuǎn)向AGV的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
基于阿克曼轉(zhuǎn)向幾何，可以計算出每個車輪的轉(zhuǎn)向角，并將其發(fā)送給電子控制單元。電子控制單元將控制四個線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)轉(zhuǎn)向角。之后，四輪轉(zhuǎn)向AGV可以實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤控制。
A.LQR控制器設(shè)計
如上所述，所設(shè)計的用于路徑跟蹤的LQR控制器旨在最小化偏航角誤差和橫向位置誤差。因此，狀態(tài)反饋LQR控制器設(shè)計的性能指標(biāo)定義為
 
 
其中Q和R是對角加權(quán)矩陣，Q是半正定矩陣，R是正定矩陣。
然后，哈密頓函數(shù)由下式給出
 
 
其中是拉格朗日乘子向量。
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