[发明专利]一种速度自适应的无人车轨迹跟踪PID控制方法

说明书

本发明公开了一种速度自适应的无人车轨迹跟踪PID控制方法，采用增量式PID算法实现无人车精确地、及时地跟踪预定轨迹，引入速度自适应调整来保证其准时到达预定地点，设计平稳性调整以改善无人车行驶平稳性；该发明可保证无人车能够精确地跟踪预定轨迹，能够按时达到预定位置，并能显著改善无人车行驶的平稳性，具有准确性高、实时性强、平稳性好，安全性优等优点，可广泛应用于工业生产和军事等需要无人车准确地、准时地、安全平稳地跟踪预定轨迹的场合。

技术领域

本发明属于导航定位领域，内容具体涉及了一种速度自适应的无人车轨迹跟踪PID控制方法。

背景技术

随着传感器技术和导航技术的不断进步，无人系统正以井喷态势迅速发展，其中的典型代表当属无人机、无人车和无人艇。相比于无人机和无人艇，无人车与工业生产和日常生活结合更加紧密，更具进一步发展的生机与活力，其在军事领域也起到了重要作用。例如，工业生产中，危险环境下设备维修和无人值守；军事领域中，排雷和排爆，月球车等。因此，无人车在无人系统中的重要性越加显著。

无人车轨迹跟踪性能优秀与否，取决于三个评判标准，一是能否准确地按照预定轨迹行驶，二是能否准时到达预定位置，三是能否保证行驶的安全性和平稳性。准确地按照预定轨迹行驶说明无人车控制策略的轨迹跟踪准确性高、实时性好，跟踪预定轨迹的实时调整能力强；准时到达预定位置说明无人车控制策略具备较好的速度调整灵活性；保证行驶的安全性、稳定性和平稳性说明无人车控制策略调整无人车行驶姿态的能力强，准确性和实时性较高。在无人车设计和应用过程中，提高跟踪预定轨迹的准确性，提升到达预定地点的准时性，改善行驶平稳性是无人车控制策略未来重要的发展方向，也是提高无人车自主化和智能化水平、高效化运作的必然途径。

无人车轨迹跟踪方法是决定以上三项性能指标的关键，但是，由于现有的无人车轨迹跟踪方法过于关注轨迹跟踪的准确性，对于无人车到达预定地点的准时性以及改善无人车行驶的平稳性的重要性没有引起足够的重视。

例如，王振在《无人车运动控制系统设计与实现》一文中提出，采用增量式PID控制方法控制行进速度，并设计了模糊分级式制动控制策略控制制动速度，同时还设计了方向预估算法来控制方向。该无人车轨迹跟踪方法可实现高精度轨迹跟踪，低速下轨迹跟踪误差为0.8m。虽然，该方法均有效地提升了无人车轨迹跟踪性能，但是该无人车轨迹跟踪方法以单段轨迹跟踪为考核标准，没有考虑到多段轨迹下的控制特性，例如准时性差等问题。而且，对于行驶平稳性问题，并没有提出有效手段给予及时干预。虽然无人车能够精确地按照预定轨迹行驶，但其却不能准时地执行预定计划，以及平稳地、安全地行驶至目标位置，从而导致无人车有悖于自主化、智能化、高效化的设计理念和设计初衷。

基于此，在保证无人车跟踪预定轨迹的准确性的基础上，为了有效提升无人车执行预定计划的准确性，改善无人车行驶的平稳性和安全性，确保无人车完全具备自主化和智能化的优势，以及拓展无人车的应用领域，研究一种速度自适应的无人车轨迹跟踪PID控制策略具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种轨迹跟踪精度、准时性、平稳性和安全性更优的速度自适应无人车轨迹跟踪方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种速度自适应的无人车轨迹跟踪PID控制方法，包括如下步骤：

a)，以WGS84坐标作为参考，获取无人车当前位置P_c，并根据预定计划查询当前目标位置P_t(n)，根据如下公式利用球面坐标计算当前位置P_c与当前目标位置P_t(n)之间的距离D_t：