智能小车运动轨迹的控制方法研究(3)
实际中车辆在道路上运动时会受到三个运动相应特征相互作用、相互结合的方向的输入，即纵向、垂直、横向。这三个方向的运动输入将随着日益发展的计算机技术和相应的软件技术的发展而越来越简单，现在已经能够将他们结合起来进行车辆控制研究，并且可以将此研究分析扩展到更其他领域，比如非线性域。但是为了减少工作量，提高工作效率，我们通常的做法是将车辆模型的自由度降低，即将纵向、横向以及垂直方向的分开进行研究处理。
1.4 本文主要内容与安排
本文主要工作是：以四轮智能小车[7]为研究对象，建立二自由度轮式移动机器人的运动学模型。选用MATLAB对建立的模型进行仿真。利用PID控制算法理论对小车进行运动控制设计。最后利用simulink建模进行参数设置及各实验的仿真验证。
1.5 文本结构
第1章是绪论，介绍了本课题的背景，国内外无人车的研究现状及控制理论，本课题的研究方向和目的意义。
第2章是建立小车模型结构，对小车进行运动特性分析，得到了智能小车的模型结构并用simulink对小车进行建模。
第3章是进行PID算法研究和讨论。
第4章是设计小车轨迹，并在MATLAB中进行仿真实验。
结论与展望，对本文的研究结果做出总结，并提出进一步研究的发展方向。
1.6 本章小结
本章主要介绍了智能车辆的发展背景和意义、国内外的发展情况，并提出本文将要研究的内容与研究方法，最后给出了本文的主要工作和结构。
2 小车模型的讨论
这一章讨论移动机器人平台[8]的模型，即如何让机器人的姿势根据它控制输入而随时间变化。有许多不同的类型的机器人平台，如后面所示。但在本章将只考虑一种具有重要意义的机器人平台。这种平台是一种轮式机器人，像一辆汽车，在二文空间运行。它可以改变轮子的角度使汽车向前或向后移动并控制方向的变化。
2.1 小车的物理特性讨论
这节讨论有关车辆式机器人在空间运动时的移动性。先来了解一下这个简单的例子：许多汽车这样的特性--它们擅长于向前移动,但不擅长于侧向的移动。汽车、汽垫船、船舶和飞机全部展现出这个特征，并且需要一些复杂的调动来实现向其他侧向的运动。这个设计方法是一个非常明智的选择，因为它针对我们最常见的运动车辆。不常见的运动如停车、两艘船的对接、飞机着陆或更复杂的,但这也并不是完全不可能,人类可以学习这个技巧。这种类型的设计优点非常明显, 特别是体现在执行机构的制动器需要数量的减少。
再来看车轮--人类最伟大的成就之一。车轮大约是在公元前3000年被发明的，两个轮子的车大约是在公元前2000年发明的。如今无处不在的四轮汽车在地球上的总数量正在向10亿靠拢。汽车的有效性，以及我们熟悉的它们，使得它们为在地面移动机器人平台的必然选择。
车移动的平台结构式由它的广义坐标描述的， 和三个文度的 。一辆车只有两个启动器，一个用于向前或者向后移动，一个用来改变前进的方向，所以这辆车是欠驱动的。正如我们已经说过的欠驱动车辆不能直接移动到它的空间中的任何一点，而是必须遵循一些非线性路径。由于系统的欠驱动特性[9]，采用传统方法对轮式移动机器人进行稳定控制非常困难，而同样是控制轮式系统，人驾驶汽车却可以轻松地完成。这是因为人能够进行只能推理，其潜意识中有某种规则在指导。当人驾驶汽车跟踪附近路面上的一条车道线时，他受限要进行观察，将此直线当作参考路径，衡量车体与参看路径的横向距离以及它们所处方向的夹角，而这种衡量是以一种模糊的概念给出的，当发现车体离参考路径很远且与期望方向偏角较大时，可以驾驶汽车快速转弯，向期望位置靠拢。而在离参考路径很远，汽车朝向已正对前方车道线上某一位置时，就不需要转动方向盘来改变行驶方向，而是一直保持当前行驶状态，直至离车道线上拐点比较近时，再找下一个参考路径段。