駕駛員操縱方向盤以保持車輛在車道行駛就是反饋控制。根據(jù)偏差調(diào)整以將被控變量保持在期望值就是反饋控制的核心本質(zhì)。所以車速控制也是典型的反饋控制。隨著工況的不同,也許是一個單變量控制,也可能是需要油門和剎車協(xié)調(diào)的多變量控制。
如果駕駛員操縱方向盤保持方向,就是手動閉環(huán)反饋控制,如果是自動駕駛系統(tǒng)操縱方向盤保持方向,就是自動閉環(huán)反饋控制。如果駕駛員不根據(jù)實際方向進行控制完全憑感覺,就是開環(huán)控制。例如老司機倒車入庫一氣呵成行云流水就是全靠前饋控制,反饋基本沒有作用。新手邊倒車邊觀察邊調(diào)整,則前饋不夠準確,需要反饋補償。這兩個場景也說明了前饋和反饋組合控制策略的側(cè)重點。
反饋是一個強大的思想,它被廣泛地應用于自然和技術(shù)系統(tǒng)中。
反饋的一個主要應用就是為具有不確定性的系統(tǒng)提供魯棒性。對實際值與期望值的差別進行比較,然后決策、執(zhí)行。如果系統(tǒng)發(fā)生了某種會影響到實際值的變化, 那么我們先感知這個變化, 然后盡力系統(tǒng)穩(wěn)定在期望值。
反饋的另一個應用是改變一個系統(tǒng)的動態(tài)特性。通過反饋,我們可以改變一個系統(tǒng)的行為, 以滿足具體應用的需要。不穩(wěn)定的系統(tǒng)可以變得穩(wěn)定, 反應遲緩的系統(tǒng)可以變得響應快速, 工作點漂移的系統(tǒng)可以使工作點保持不變。
圖片感知、決策、執(zhí)行和被控對象組成一個環(huán),這個環(huán)被稱為回路或者控制回路。所謂的回路整定其實和這個環(huán)上的每一個環(huán)節(jié)都相關(guān)。只是很多時候感知、執(zhí)行和對象都不容易調(diào)整,這就對決策提出了要求。這種要求包括決策的算法和算法的參數(shù)。如果決策算法采用PID,確定PID參數(shù)以實現(xiàn)閉環(huán)性能就稱為PID參數(shù)整定。雖然經(jīng)濟型汽車很實惠,但是沒有見過用經(jīng)濟型汽車跑比賽的。有時候選擇不同的算法也是必然。
掛擋是PID的P,油門是PID的I,剎車是PID的D。掛擋為先,油門配合,剎車保證安全穩(wěn)定。
開車本質(zhì)就是人、車、路的協(xié)調(diào),控制也是人機料法環(huán)的協(xié)調(diào)。PID參數(shù)整定整定和控制方案設(shè)計就是根據(jù)車況、路況、要求設(shè)計合理的駕駛設(shè)方案。
車況不同路況不同車速也不同。法拉利跑山路也不能跑120,路況為先,工藝為先。舒馬赫開拖拉機也就那個速度,車況也重要,設(shè)備也重要。反過來讓我去開F1恐怕連尾燈都看不到,人要發(fā)揮能動性。但是每一位司機都應該盡量在現(xiàn)有條件下把車開好,工程師也一樣。問題的關(guān)鍵雖然是車和路,但是每位駕駛員還是要盡量發(fā)揮車路的極限。駕駛員有志氣,五菱宏光也能上拉薩!也有的普拉多一輩子都沒有開過318!
普通乘用車和賽道車駕照也不一樣,充分說明不同場景下控制方式是不一樣的,控制目標也不一樣。普通車追求綜合性價比,賽車追求極致性能。PID就經(jīng)濟實惠,高級算法則追求極致性能。
領(lǐng)導做后排雖然大部分工作都是駕駛員完成的但是領(lǐng)導說了算,這就是串級控制。如果領(lǐng)導頻繁下指令駕駛員會很難辦,如果領(lǐng)導不下指令駕駛員可能不知道怎么辦。
看到前面的紅燈提前減速,有點像前饋控制。
首先是人的安全,然后是財產(chǎn)安全,最后是不影響他人駕駛其實駕駛是按優(yōu)先級順序排列的多任務協(xié)調(diào),有點類似超馳控制。換句話說超馳控制可以實現(xiàn)多變量協(xié)調(diào)約束控制。
減速時先減油門減速再踩剎車好比分程控制。兩個操縱變量的單目標控制還有分程控制、閥位控制等形式,多變量協(xié)調(diào)優(yōu)化的實現(xiàn)形式比較靈活。
上DCS不進行PID整定和控制方案梳理優(yōu)化,好比寶馬車當牛車開。
不進行基礎(chǔ)控制優(yōu)化上先進控制,好比三輪車上自動駕駛。
工程師要在條件受限情況下至簡至優(yōu)地解決問題,好比開AE86的秋名山車神。
新能源電車從電控到智能駕駛與智能工廠的智能控制與優(yōu)化沒有區(qū)別。代替人實現(xiàn)完全的自動化駕駛,也是自動化。知識型工作自動化了也就智能工廠了。
作者:馮少輝博士
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