[发明专利]一种多轴无人重载车辆的轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种多轴无人重载车辆的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在对被控车辆的各控制周期中，包括以下步骤：

S1，从预设的全局参考轨迹中提取所述被控车辆当前位置前方的局部轨迹，以最小化急动度为目标对所述局部轨迹进行优化，获得优化轨迹；

S2，根据所述优化轨迹，结合所述被控车辆对应的多轴无人重载车辆运动学模型获得所述被控车辆的转角控制指令；

S3，根据所述优化轨迹，通过PID控制器计算出所述被控车辆的加速度控制指令；

S4，根据所述被控车辆的转角控制指令以及加速度控制指令对所述被控车辆进行控制；

所述全局参考轨迹、局部轨迹以及优化轨迹分别由若干轨迹点组成，所述轨迹点的信息包括所述被控车辆的坐标、航向角、期望速度、期望角速度、期望加速度；

所述步骤S1以最小化急动度为目标对所述局部轨迹进行优化，获得优化轨迹的过程包括以下步骤：

S11，按预设的最大速度限制对所述局部轨迹中轨迹点的期望速度进行限幅：

其中，v₀表示所述局部轨迹中轨迹点的期望速度，v₁表示步骤S11中的限幅结果，v_max表示所述最大速度限制；

S12，遍历并计算所述局部轨迹中各轨迹点的曲率值，根据所述曲率值结合预设的最大加速度限制对步骤S11中的限幅结果进行限幅：

其中，v₂表示步骤S12中的限幅结果，a_max表示所述最大加速度限制，k表示所述曲率值；

S13，根据以下优化方程以及求解评价函数，以使轨迹点的急动度最小且使优化后速度与步骤S12中的限幅结果之间的偏差最小为目标，使用OSQP求解库对经过步骤S12限幅后的局部轨迹进行凸优化求解，获得优化轨迹；所述优化方程如下：

其中，x是由局部轨迹各轨迹点的信息组成的矩阵，局部轨迹各轨迹点由列向量(v²,a,δ,σ)^T表示，v²表示车辆纵向期望速度，a表示车辆纵向期望加速度，δ代表关于速度的松弛变量，σ代表关于加速度的松弛变量；

所述评价函数如下：

J(v)＝∫|v(s)²-v_r(s)²|+w_jj_p(s)²+w_δδ(s)²+w_σσ(s)²ds；

其中，v(s)表示优化后的速度序列，v_r(s)表示局部轨迹的期望速度；j_p(s)表示优化后的加加速度，通过式子计算获得；w_j表示控制加加速度的权重，w_δ表示控制速度松弛变量的权重，w_σ表示控制加速度松弛变量的权重。

2.根据权利要求1所述的多轴无人重载车辆的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述局部轨迹中各轨迹点的曲率值k按以下公式计算：

其中，点为当前计算曲率值的轨迹点，点、点分别为与A点在预设距离上的前后两个轨迹点，△ABC为A、B、C三点所构成的圆的内接三角形。

3.根据权利要求1所述的多轴无人重载车辆的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述优化方程以及求解评价函数受限于以下二次规划的不等式约束：

a_min-σaa_max+σ。