自主車輛速度控制

2022-12-13 13:12:04 字數 2158 閱讀 6591

由於採用一次濾波後預設的部分很少,一般在20個資料以內,因此,採用多項式擬合的方法處理超前校正後預設資料的濾波。

(2)求導函式

針對離散值資料,導數就是差值。最簡單的做法就是用後一刻的值減去前一時刻的數值。但此種方法有不少弊端:

只考慮到對前一時刻的差值,而沒有計算後一時刻對此時刻的差值,造成求導失真。另外,這種方法對資料的處理僅僅涉及相鄰兩個資料,相關性比較差,計算不夠準確。

為了準確求導,採用對前後時刻的差值求平均的方法,消除求導的不平衡。另外,設定擴充套件係數,在擴充套件係數範圍內的相鄰資料進行差值求平均。

從實驗的效果來看,在同乙個去噪函式處理後,求導函式的效果相差不大。 也就是說,去噪函式的效果直接影響到輸入資料的處理結果。

(3)梯度下降法

梯度下降法的原理就是在引數範圍內隨機給出幾個值,根據梯度下降的方向趨近誤差最小值點,當誤差達到給定指標的時候,也就求得最優的引數。

梯度下降法有下面幾個特點:

a) 需要設定引數的大致範圍。引數在開始的時候是隨機選取的,因此有必要對引數的範圍設定約束。

b) 梯度下降法的步進調整係數的選擇很關鍵,這個係數是在程式計算梯度值後,下一次嘗試的步進值與梯度值的比例。這個值如果設定過大則可能會造成引數調整不收斂,或者在接近誤差指標時來回**。如果這個值設定得過小,則收斂速度明顯變慢。

c) 在誤差比較小時,收斂速度明顯變慢,甚至停滯。梯度下降法的基礎就是誤差的變化量,在接近最小誤差的時候,誤差變化不大,誤差的差值很小,造成引數步進緩慢甚至停滯。

d) 可能陷入區域性極小值,而不是全域性極小值

為了克服梯度下降的不足,我改進了梯度下降法。主要改進工作在以下方面:

1 用多組資料分別梯度下降的方法避免陷入區域性極小

在引數的範圍內投入m組資料,每組資料都依照梯度下降法收斂,如果其中有一組資料達到了誤差指標,則輸出這組的引數,摒棄其他組的引數。由於開始投放m組資料是隨機,因此陷入區域性極小值的概率遠遠小於沒有多組實驗的情況。

用這種方法也能提高一定的收斂速度。

2 引數的修正值中根據誤差的大小,加入了一定的隨機分量。

3 將演算法中的誤差變化量de改為de+(k/(de-km)),雙曲曲線與正比曲線的區別在於,當輸入很小時,也會有不為無窮大的乙個較大輸出,避免在最小誤差附近收斂變得太慢。k與km是曲線引數,一般而言,k值在穩定範圍內取越小越好。

未解決的問題:誤差精度的設定沒有固定的關聯,主要依據先驗知識,如果誤差精度設定過高,則在最大嘗試次數下都達不到誤差指標。

四、 實驗結果:

梯度下降法求引數求解

首先,編寫單引數梯度下降法程式。

設定系統輸入輸出滿足:y=5*x+rand(length(x),1)-rand(length(x),1)。假定輸出與輸入服從比例關係,用梯度下降法求比例係數k。

執行結果反映梯度下降法的學習比例係數p很關鍵。過大不會收斂,過小收斂速度很慢。

比較這兩種梯度下降法:採用梯度下降法,嘗試次數是不確定的,具有一定的隨機性。採用改進的梯度下降法求比例係數,幸運的話,不到5次就可以得到最優值,嘗試次數比較多的可能達到10次以上,但是平均的嘗試次數不超過10次。

梯度下降法求多引數求解

多引數梯度下降法的原理與但引數的梯度下降法相同,但要求多引數同時收斂。但因為多引數對於輸出值具有很強的相干性,不能用各個引數分別收斂的方法實現。而是要朝向合成的梯度最小方向運動,類似於水滴在荷葉上滾動的情況。

在試驗中,確定了油門的最大最小值分別為450和0。因此,在油門引數中需要確定的比例係數k和截斷距離d可以轉化為求加速度的最大最小值。在試驗中用梯度下降法做油門的控制,加速度的最大最小值為梯度下降調整的引數。

引數陷入發散振盪的情況。

由於程式未能調通,沒有得到用梯度下降法得到的最優解。

為了試驗控制流程的控制效果,在設定引數的範圍後採用了窮舉比較誤差的方法,求得了在加速度與控制量為線性假定條件下的比較情況。

**性假定的條件下,在一定程度上控制演算法給出的控制量能夠跟蹤實際的油門控制量,當油門處於最小和最大值之間時,跟蹤效果很好。但是控制精度不高。

五、 出現的問題:

(1)假定不是完全準確

第一,加速度與油門控制量的函式曲線不是嚴格的線性關係。

第二,加速和減速階段不同,函式曲線類似乙個滯回曲線。

(2)去噪和求導程式的運算速度比較慢

(3)梯度下降法控制效果不好

梯度下降法的誤差精度不是固定的,需要實時變化

梯度下降法得到滿意解的時間不固定。

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