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(二)基于Matlab的LQR控制算法的车辆轨迹跟踪控制算法程序
一、控制对象描述
控制对象为车辆运动模型,其状态包括横向位置、纵向位置、航向角和速度。系统通过控制前轮转向角实现轨迹跟踪,同时通过油门控制实现速度跟踪。车辆模型考虑轮距约束、转向角限制以及运动学关系,并在状态更新中引入噪声以模拟实际环境中的测量与控制误差。
二、控制算法面熟
系统采用复合控制策略,主要包括轨迹跟踪控制与速度控制两大部分。轨迹跟踪以外部参考路径为输入,通过LQR算法计算前轮转向角;速度控制采用PID算法调节油门以跟踪目标车速。
三、轨迹跟踪控制算法
轨迹跟踪控制以车辆当前位置、航向与参考路径的偏差为状态,构建线性误差模型,通过离散时间LQR算法求解最优反馈增益。控制量由前馈部分和反馈部分组成:前馈部分基于路径曲率计算理想转向角,反馈部分根据LQR增益与误差状态计算修正量,二者叠加得到最终转向指令。
四、速度控制算法
速度控制采用比例控制策略,根据当前车速与目标车速的偏差计算加速度指令,通过车辆模型积分实现速度调节。该部分独立于轨迹跟踪控制,仅负责纵向动力学响应。
五、路径参考与误差计算
参考路径由离散点列定义,包括坐标、航向角与曲率信息。跟踪过程中通过最近点搜索确定当前跟踪点,并计算横向位置误差与航向误差,作为LQR控制器的输入状态。