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图2-3 驾驶机器人的分层递阶控制结构
从上到下,它主要由多传感信息融合仿人驾驶决策模块、优化性能的多机械手/腿
协调控制模块、各执行模块、控制对象模块等组成。其中控制对象可能是室外的车辆
-道路,或者室内的车辆-底盘测功机(模拟道路),或者驾驶模拟器(用于无人驾驶的虚
拟现实研究)等。当然上述各模块并没有明确的界限,而是一个相互联系的有机整体。
对于该控制结构,其关键技术问题主要有以下几个方面:
(1).多传感信息融合仿人驾驶决策模型的研究。该模块处于分层递阶控制的最高
级——组织级,其作用是根据车辆性能试验的任务要求和人的外部指令(由人机接口
实现)、以及获取的多传感融合信息,按照一定的决策推理机制决策出合适的车速和驾
驶方向角。
(2).优化性能的多机械手/腿协调控制的研究。 组织级驾驶决策结果需要经过协调
级的实时处理,产生一系列可供执行的动作序列。如决策出的参考车速最终要靠油门
机械腿、制动机械腿、离合器机械腿、换档机械手等子系统的协调动作来产生。理想
的各子系统协调控制除了要满足基本的车辆运动跟踪控制要求外,还要满足降低变速
箱磨损、提高燃油经济性、减少震动和提高乘坐舒适性等性能优化的要求。
(3).车辆运动控制技术的研究。 车辆的运动控制,即车速和方向的跟踪控制是执行
级的研究问题。在各执行系统的闭环控制策略的选择和设计中,除了要考虑通常的控
制性能要求外,还应充分考虑系统的抗干扰性能和鲁棒性等。
(4).车辆系统辨识方法的研究。 不同类型的车辆,甚至同型号的不同车辆或者同一
车辆在不同的运行时刻,其动力学参数是不同的。为了缩短在不同车况下以及更换车
型之后的控制参数调整时间,在驾驶机器人的研究中,有必要通过一定的系统辨识方
法对影响机器人驾驶行为的车辆动力学参数进行辨识,以提高驾驶的准确性和精度、
以及驾驶机器人的适应速度和能力,从而提高驾驶机器人车型的自适应性以及驾驶动
作的自学习能力。
如第二个关键技术所言，在控制驾驶机器人油门、离合、制动机械腿及换档机械
手的运动时，需提供动力驱动装置，并且该驱动装置的运动速度、角度能够可控。该
驱动装置的选择对于整过驾驶机器人控制性能有相当大的影响，驱动装置的性能对无
人驾驶机器人有着很大的影响，本文因此针对无人驾驶机器人的机械手臂、机械腿和
换挡手臂的驱动电机进行了仿真分析。
在很多情况下满足运动速度、角度可控的装置可选用步进电机和伺服电机。步进
电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的
数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交
流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运
动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。
在本文中我们将采用直线直流电机。直线直流电机的优点是：运行效率高，没有
功率因素低的问题；控制比较方便灵活。直线直流电动机和闭环控制系统结合在一起，
可精密的控制位移，其速度和加速度控制范围广，调速的平滑性好。
直线直流电机的主要缺点是：存在着带绕组的电枢和引流用的电刷（或动子上拖
着的“辫子”）。虽然在短行程的直流直线电机中，可采用无接触的结构形式，但在长
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