应用于自动驾驶的动态卡尔曼滤波多项式轨迹跟踪控制策略.docxVIP

应用于自动驾驶的动态卡尔曼滤波多项式轨迹跟踪控制策略

目录

文档概览．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.2自动驾驶技术发展趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

1.3轨迹跟踪控制方法概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

1.4本文主要工作与贡献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

相关理论与技术基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

2.1卡尔曼滤波原理及改进．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

2.1.1基础卡尔曼滤波模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

2.1.2卡尔曼滤波在非线性系统中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

2.1.3扩展卡尔曼滤波简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

2.1.4无迹卡尔曼滤波概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

2.2多项式轨迹描述方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

2.2.1基于多项式的轨迹表示形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

2.2.2多项式轨迹的参数化设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

2.2.3常见轨迹模型及其特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

2.3自动驾驶车辆动力学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

2.3.1车辆运动学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

2.3.2车辆动力学简化模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45

2.3.3车辆模型参数标定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47

2.4控制理论基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49

2.4.1输出反馈控制概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51

2.4.2跟踪误差动态分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53

2.4.3稳定性分析初步．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54

基于动态卡尔曼滤波的轨迹状态估计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57

3.1融合卡尔曼滤波的传感器数据模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61

3.1.1传感器类型与测量特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64

3.1.2系统噪声与测量噪声建模．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．67

3.1.3传感器fusion．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．69

3.2动态卡尔曼滤波器设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72

3.2.1状态向量定义与扩展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74

3.2.2过程噪声模型动态特性考虑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76

3.2.3状态估计器实现与初始化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．78

3.3输出轨迹预测与误差评估．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．80

3.3.1预测模型构建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83

3.3.2跟踪误差计算方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85

3.3.3估计精度分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．87

多项式轨迹跟踪控制律设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．90

4.1控制目标与性能指标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92

4.1.1轨迹跟踪误差要求．．．．．．