无人驾驶系统-控制

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控制层作为无人车系统的最底层，其任务是将我们规划好的动作实现，所以控制模块的评价指标即为控制的精准度。控制系统内部会存在测量，控制器通过比较车辆的测量和我们预期的状态输出控制动作，这一过程被称为反馈控制（Feedback Control）。

反馈控制被广泛的应用于自动化控制领域，其中最典型的反馈控制器当属PID控制器（Proportional-Integral-Derivative Controller），PID控制器的控制原理是基于一个单纯的误差信号，这个误差信号由三项构成：误差的比例（Proportion），误差的积分（Integral）和误差的微分（Derivative）。

PID控制因其实现简单，性能稳定到目前仍然是工业界最广泛使用的控制器，但是作为纯反馈控制器，PID控制器在无人车控制中却存在一定的问题：PID控制器是单纯基于当前误差反馈的，由于制动机构的延迟性，会给我们的控制本身带来延迟，而PID由于内部不存在系统模型，故PID不能对延迟建模，为了解决这一问题，我们引入基于模型预测的控制方法。

• 预测模型：基于当前的状态和控制输入预测未来一段时间的状态的模型，在无人车系统中，通常是指车辆的运动学/动力学模型；
• 反馈校正：对模型施加了反馈校正的过程，使预测控制具有很强的抗扰动和克服系统不确定性的能力。
• 滚动优化：滚动地优化控制序列，以得到和参考轨迹最接近的预测序列。
• 参考轨迹：即设定的轨迹。

下图表示模型预测控制的基本结构，由于模型预测控制基于运动模型进行优化，在PID控制中面临的控制延时问题可以再建立模型考虑进去，所以模型预测控制在无人车控制中具有很高的应用价值。

模型预测控制的基本结构

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