智能控制(研)-第四章__递阶控制系统.ppt

4.3.3 执行级的控制与决策模型 执行级是由许多与协调级的协调器相联系的执行装置组成。执行级的主要目标是尽可能准确地执行由不同的协调器发出的具体任务。 最优控制理论已采用系统x(t)的一个非负函数状态，x(t)? ?x， ?x为状态空间；某个指定的控制u(x,t)是全部允许控制的集合，u(x,t)? ?u ? ?x。要确定某些表示广义能量函数初始条件x0 , t0 的性能测度，系统拉格朗日（Lagrangian）函数L(x, u, t)的平均值取下列形式： (4.36) 定理4.１ 满足式（4.36）的 u*(x,t)使V(u(x,t), x0, t0)最小的充要条件是 u* 使微熵Ｈ最小，其中p(x0,u)是根据Jaynes最大熵原理决定的最大熵密度函数。 (4.38) 当u*(x,t) ? u 时 ， 在允许控制空间内选取设计不确定性密度，使之满足杰恩（Jaynes）最大熵原理，可得相关的熵如下： H(x0 ,u,p(u)) = E{V(x0 ,u,t)} （4.39） (4.40) 然后，最优控制 u* 满足下式： 4.4.1 汽车自主驾驶系统的组成 1. 系统总体结构 系 统 总 线 道路环境 车体 主控制器 道路标志线 识别计算机 车辆识别 计算机 执行机构 摄像头 摄像头 环境识别子系统 驾驶控制子系统 图4.20 红旗车自主驾驶系统结构示意图 传感器 (1) 环境识别子系统 (2) 驾驶控制子系统 4.4 递阶智能控制系统举例 2.自主驾驶的硬件系统 自主驾驶系统的硬件设备包括主控计算机、执行机构和传感器等。 环境处理计算机 Fireware 局部总线 显示卡 通讯总线 局域网 图4.21 环境感知计算机硬件结构示意图 驾驶控制计算机 A/D接口 数据采集总线 D/A接口 运动控制卡 计数器 DIDO接口 通讯总线 局域网 图4.22 驾驶控制计算机硬件结构示意图 (1)主控计算机及接口 (2)执行机构 (3)传感器 3. 实时操作系统 4. 软件设计与系统的实时性 4.4.2 汽车自主驾驶系统的递阶结构 子任务 系统监控 任务 行为决策 行为规划 操作控制 任务规划 实时路况信息 车 辆 车辆 运行环境 环境感知与处理 车辆状态与定位信息 规划轨迹 动作 行为 用户接口 图4.23 汽车自主驾驶控制系统的四层模块化结构 以任务层次分解为基础，提出了右图所示的四层模块化汽车自主驾驶控制系统结构；其四个层次依次是：任务规划、行为决策、行为规划和操作控制。另外还包括车辆状态与定位信息和系统监控两个独立功能模块。 1. 操作控制层 速度跟踪控制 路径跟踪控制 油门 控制器 刹车 控制器 转向 控制器 紧急状态控制 期望速度 期望路径 监控信息 图4.24 操作控制层主要模块示意图 车 辆 2. 行为规划层 道路和障碍信息 车辆纵向 速度规划 车辆期望 轨迹规划 驾驶技能与交通规则数据库 车辆状态 行为信息 行为执行情况反馈 期望纵向速度 期望路径点序列 行为监督执行 图4.25 行为规划层主要模块示意图 3. 行为决策层 图4.26 行为决策层主要模块示意图 任务 规划层 当前执行子任务 行为决策逻辑 行为输出 当前行为 执行情况 行为 规划层 预期状态 交通情况 行为模 式产生 环境建模 及预测 驾驶行为知识库 4. 任务规划层 导航地物 地图数据库 任务规划 任务 监控 用户任务输入 全局定位信息 当前执行 子任务 子任务 执行情况 图4.27 任务规划层主要模块示意图 4.4.3 自主驾驶系统的结构与控制算法 1. 驾驶控制系统的软件结构 车辆状态感知处理 车辆行为规划 路径跟踪控制 速度跟踪控制 方向伺服 油门伺服 刹车伺服 车辆感知信息处理 车道信息 接收处理 车辆行为决策 车辆行为监控 车辆定位与运动预测 运行状态存储管理 车辆状态监测与控制 用户接口信息处理控制 图4.28 驾驶控制系统软件结构示意图 2. 驾驶控制算法 遗忘迭代滤波算法具有如下的形式： 平移平均滤波算法如下： 4.4.4 自主驾驶系统高速公路试验 1. 试验的环境及内容 (1)环境感知系统的抗