安徽建筑大學智能控制第二章課件

1、 第第2 2章章 遞階控制遞階控制主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 1、遞階智能機器的一般結(jié)構(gòu)、遞階智能機器的一般結(jié)構(gòu)2 2、遞階智能控制系統(tǒng)舉例、遞階智能控制系統(tǒng)舉例 2.1 2.1 遞階智能機器的一般結(jié)構(gòu)遞階智能機器的一般結(jié)構(gòu) 遞階智能控制（遞階智能控制（Hierachical Intelligent Hierachical Intelligent ControlControl）是在人工智能、自適應控制以及運籌學）是在人工智能、自適應控制以及運籌學等理論的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展形成的，是智能控制最早等理論的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展形成的，是智能控制最早的理論之一。的理論之一。 1 1、大系統(tǒng)的基本控制結(jié)構(gòu)、大系統(tǒng)的基

2、本控制結(jié)構(gòu) 復雜大系統(tǒng)的的特點：階次高、子系統(tǒng)相互關(guān)復雜大系統(tǒng)的的特點：階次高、子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)的評價目標多且相互矛盾，故分解為互相聯(lián)，系統(tǒng)的評價目標多且相互矛盾，故分解為互相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)。關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)。 根據(jù)信息交換的方式和子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)方式的不同，根據(jù)信息交換的方式和子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)方式的不同，可將大系統(tǒng)控制分為以下三種基本類型：可將大系統(tǒng)控制分為以下三種基本類型： 集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng) 在集中控制系統(tǒng)中，控制中心直接控制每個子系在集中控制系統(tǒng)中，控制中心直接控制每個子系 統(tǒng)，每個子系統(tǒng)只得到整個系統(tǒng)的部分信息，控制目統(tǒng)，每個子系統(tǒng)只得到整個系統(tǒng)的部分信息，控制目標相互獨立。標相互獨立。 優(yōu)

3、點優(yōu)點是系統(tǒng)運行的有效性較高，便于分析與設計。是系統(tǒng)運行的有效性較高，便于分析與設計。 缺點缺點是一旦控制中心出現(xiàn)故障，則整個系統(tǒng)將癱瘓。是一旦控制中心出現(xiàn)故障，則整個系統(tǒng)將癱瘓。分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng) 在分散控制系統(tǒng)中，控制中心控制若干分散控制在分散控制系統(tǒng)中，控制中心控制若干分散控制器，而每個分散控制器控制一個獨立的控制目標，即器，而每個分散控制器控制一個獨立的控制目標，即具體的子系統(tǒng)。具體的子系統(tǒng)。 優(yōu)點優(yōu)點是局部故障不至于影響整個系統(tǒng)。是局部故障不至于影響整個系統(tǒng)。 缺點缺點是全局協(xié)調(diào)運行較困難。是全局協(xié)調(diào)運行較困難。 遞階控制系統(tǒng)遞階控制系統(tǒng) 當系統(tǒng)由若干個可分的相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)

4、成當系統(tǒng)由若干個可分的相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成時，可將系統(tǒng)所有決策單元按照一定時，可將系統(tǒng)所有決策單元按照一定優(yōu)先級和從屬優(yōu)先級和從屬關(guān)系關(guān)系遞階排列，同一級各單元受到上一級的干預，遞階排列，同一級各單元受到上一級的干預，同時又對下一級單元施加影響。若同一級各單元目同時又對下一級單元施加影響。若同一級各單元目標相互沖突，則由上一級單元協(xié)調(diào)。這是一種多級標相互沖突，則由上一級單元協(xié)調(diào)。這是一種多級多目標的結(jié)構(gòu)，各單元在不同級間遞階排列，形成多目標的結(jié)構(gòu)，各單元在不同級間遞階排列，形成金字塔形結(jié)構(gòu)。金字塔形結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點優(yōu)點是全局與局部控制性能都較高，靈活性與是全局與局部控制性能都較高，靈活性與可靠性好

5、，任何子過程的變化對決策的影響都是局可靠性好，任何子過程的變化對決策的影響都是局部性的。部性的。 缺點缺點是系統(tǒng)設計比較復雜。是系統(tǒng)設計比較復雜。 遞階控制系統(tǒng)主要有以下遞階控制系統(tǒng)主要有以下3 3種基本的遞階形式：種基本的遞階形式： 多重描述（多重描述（Stratified descriptionStratified description）：主要）：主要從建模角度考慮；從建模角度考慮； 多層決策（多層決策（Multilayer decisionMultilayer decision）：把一個）：把一個復雜的決策問題進行縱向分解；復雜的決策問題進行縱向分解； 多級耦合（多級耦合（Multil

6、evel couplingMultilevel coupling）：考慮各）：考慮各子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，將每一層的決策問題橫向分解。子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，將每一層的決策問題橫向分解。 三種遞階形式可以單獨或組合存在于一個大系統(tǒng)之中。三種遞階形式可以單獨或組合存在于一個大系統(tǒng)之中。 2 2、遞階控制的基本原理、遞階控制的基本原理 最下面一級的每個控制器只控制一個子系統(tǒng)。最下面一級的每個控制器只控制一個子系統(tǒng)。每一級控制器從上一級控制器接受信息，以控制下每一級控制器從上一級控制器接受信息，以控制下一級，各控制器之間的沖突由上一級進行協(xié)調(diào)。一級，各控制器之間的沖突由上一級進行協(xié)調(diào)。 協(xié)調(diào)的目的：協(xié)調(diào)的目的

7、：通過對下層控制器施加干預信號通過對下層控制器施加干預信號來調(diào)整該層各控制器的決策，滿足整個系統(tǒng)的控制來調(diào)整該層各控制器的決策，滿足整個系統(tǒng)的控制目標。目標。完成協(xié)調(diào)作用的決策單元稱為協(xié)調(diào)器。完成協(xié)調(diào)作用的決策單元稱為協(xié)調(diào)器。 遞階系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的任務遞階系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的任務是使大系統(tǒng)中的各子是使大系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)、配合、制約、促進。從而在實現(xiàn)各系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)、配合、制約、促進。從而在實現(xiàn)各子系統(tǒng)的子目標、子任務的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)整個大系子系統(tǒng)的子目標、子任務的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)整個大系統(tǒng)的總目標、總?cè)蝿?。統(tǒng)的總目標、總?cè)蝿铡?遞階控制的基本原理：遞階控制的基本原理：把一個總體問題把一個總體問題P P

8、分解成若干分解成若干有限數(shù)量的子問題有限數(shù)量的子問題P Pi i（i=1, 2 , , ni=1, 2 , , n）?？傮w問）?？傮w問題題P P的目標是使復雜系統(tǒng)的總體性能指標取得極值。的目標是使復雜系統(tǒng)的總體性能指標取得極值。 當不考慮各子問題之間的關(guān)聯(lián)時，當不考慮各子問題之間的關(guān)聯(lián)時，有有 考慮到子問題之間因關(guān)聯(lián)產(chǎn)生沖突，考慮到子問題之間因關(guān)聯(lián)產(chǎn)生沖突，引入?yún)f(xié)調(diào)引入?yún)f(xié)調(diào)參數(shù)參數(shù)，以解決關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的目標沖突。用，以解決關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的目標沖突。用 代替代替 P Pi i，有，有 P1, P2, , Pn的解的解 P的解的解0*12( ),( ),.,( )nPPP的解的解 P的解的解 ( )iP 遞

9、階控制的協(xié)調(diào)問題便是選擇適當?shù)倪f階控制的協(xié)調(diào)問題便是選擇適當?shù)?，從初值，從初值 通過迭代到達終值通過迭代到達終值 ，使遞階控制達到最優(yōu)。，使遞階控制達到最優(yōu)。0*3 3、遞階智能機器的一般結(jié)構(gòu)、遞階智能機器的一般結(jié)構(gòu) 在設計一個復雜系統(tǒng)時，都是從最下層（包括過在設計一個復雜系統(tǒng)時，都是從最下層（包括過程在內(nèi)的直接控制裝置）開始，然后再逐步增加高層程在內(nèi)的直接控制裝置）開始，然后再逐步增加高層的決策控制單元，以增加系統(tǒng)的復雜性并逐步擴展其的決策控制單元，以增加系統(tǒng)的復雜性并逐步擴展其功能，一個復雜系統(tǒng)很自然地隱含了內(nèi)在的遞階形式。功能，一個復雜系統(tǒng)很自然地隱含了內(nèi)在的遞階形式。 在遞階控制系統(tǒng)

10、中在遞階控制系統(tǒng)中應用智能控制應用智能控制便形成了遞階智便形成了遞階智能控制。遞階智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與一般的遞階控制能控制。遞階智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與一般的遞階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式基本相同，其差別主要在于遞階智能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式基本相同，其差別主要在于遞階智能控制采用智能控制器，它能夠利用人工智能的原理與控制采用智能控制器，它能夠利用人工智能的原理與方法，使系統(tǒng)具有利用知識、處理知識以及自學習等方法，使系統(tǒng)具有利用知識、處理知識以及自學習等能力。能力。組織級控制器組織級控制器分配器分配器協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器硬件控制器硬件控制器硬件控制器硬件控制器過程過程過程過程智智能能遞遞增增精精度度遞遞增增第

11、一級第一級組織級組織級第二級第二級協(xié)調(diào)級協(xié)調(diào)級第三級第三級執(zhí)行級執(zhí)行級對象對象人機接口人機接口最高決策最高決策控制管理控制管理控制監(jiān)督控制監(jiān)督傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器 遞階智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖遞階智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 遞階智能控制系統(tǒng)作為一個整體，把用戶指令轉(zhuǎn)遞階智能控制系統(tǒng)作為一個整體，把用戶指令轉(zhuǎn)為一個物理序列，系統(tǒng)的輸出是一組施加于被控過為一個物理序列，系統(tǒng)的輸出是一組施加于被控過程的具體指令。系統(tǒng)的操作是由用戶指令及與環(huán)境程的具體指令。系統(tǒng)的操作是由用戶指令及與環(huán)境交互作用的傳感器的輸入信息決定的交互作用的傳感器的輸入信息決定的。 傳感器分為外部傳感器和內(nèi)部傳感器，分別提供工傳感器

12、分為外部傳感器和內(nèi)部傳感器，分別提供工作環(huán)境（外部）和每個子系統(tǒng)（內(nèi)部）的監(jiān)控信息。作環(huán)境（外部）和每個子系統(tǒng)（內(nèi)部）的監(jiān)控信息。 （1 1）遞階智能機器的級聯(lián)結(jié)構(gòu)）遞階智能機器的級聯(lián)結(jié)構(gòu)（2 2）組織級）組織級 組織級是遞階智能控制系統(tǒng)的最高級，是智能組織級是遞階智能控制系統(tǒng)的最高級，是智能系統(tǒng)的系統(tǒng)的“大腦大腦”，能夠模仿人的行為功能，它具有，能夠模仿人的行為功能，它具有相應的學習能力和高級決策能力。組織級監(jiān)督并指相應的學習能力和高級決策能力。組織級監(jiān)督并指導協(xié)調(diào)級和執(zhí)行級的所有行為，具有最高程度的智導協(xié)調(diào)級和執(zhí)行級的所有行為，具有最高程度的智能。組織級能夠根據(jù)用戶對任務的不完全描述與實能

13、。組織級能夠根據(jù)用戶對任務的不完全描述與實際過程和環(huán)境的有關(guān)信息，選擇合理的際過程和環(huán)境的有關(guān)信息，選擇合理的控制模式控制模式并并向低層下達，以實現(xiàn)預定的控制目標。向低層下達，以實現(xiàn)預定的控制目標。 功能為推理、規(guī)劃、決策和長期記憶信息的功能為推理、規(guī)劃、決策和長期記憶信息的交換，以及通過外界環(huán)境信息和下級反饋信息進交換，以及通過外界環(huán)境信息和下級反饋信息進行學習等。行學習等。（3 3）協(xié)調(diào)級）協(xié)調(diào)級 協(xié)調(diào)級是遞階智能控制系統(tǒng)的次高級，其任協(xié)調(diào)級是遞階智能控制系統(tǒng)的次高級，其任務是協(xié)調(diào)各控制器的控制作用與各子任務的執(zhí)行。務是協(xié)調(diào)各控制器的控制作用與各子任務的執(zhí)行。它是上（組織）級和下（執(zhí)行）級

14、間的接口，承它是上（組織）級和下（執(zhí)行）級間的接口，承上啟下，并由人工智能和運籌學共同作用。上啟下，并由人工智能和運籌學共同作用。 協(xié)調(diào)級可以進一步劃分為兩個分層：協(xié)調(diào)級可以進一步劃分為兩個分層：控制管理控制管理分分層與層與控制監(jiān)督控制監(jiān)督分層。分層。 控制管理控制管理分層給予下層的信息，決定如何完成組織分層給予下層的信息，決定如何完成組織級下達的任務，以產(chǎn)生施加給下一層的級下達的任務，以產(chǎn)生施加給下一層的控制指令控制指令; 控制監(jiān)督控制監(jiān)督分層的任務是保證、維持執(zhí)行級中各控制分層的任務是保證、維持執(zhí)行級中各控制器的正常運行，并進行器的正常運行，并進行局部參數(shù)整定與性能優(yōu)化。局部參數(shù)整定與性能

15、優(yōu)化。 協(xié)調(diào)級一般由協(xié)調(diào)級一般由多個協(xié)調(diào)控制器和分配器多個協(xié)調(diào)控制器和分配器組成，每組成，每個協(xié)調(diào)控制器既接受組織級的命令，又負責多個執(zhí)行個協(xié)調(diào)控制器既接受組織級的命令，又負責多個執(zhí)行級控制器的協(xié)調(diào)。級控制器的協(xié)調(diào)。分配器分配器的任務是將組織級給定的基的任務是將組織級給定的基本事件（任務）變換成面向協(xié)調(diào)器的控制指令序列，本事件（任務）變換成面向協(xié)調(diào)器的控制指令序列，并在適當?shù)臅r刻把它們分配給相應的協(xié)調(diào)器。在任務并在適當?shù)臅r刻把它們分配給相應的協(xié)調(diào)器。在任務完成后，分配器也負責生成反饋信息，送回給組織級。完成后，分配器也負責生成反饋信息，送回給組織級。為了完成上述任務，分配器需具備以下功能：為了

16、完成上述任務，分配器需具備以下功能： 1 1）通信功能）通信功能 它能夠向上層的組織級和下它能夠向上層的組織級和下面的協(xié)調(diào)級發(fā)送和接受信息。面的協(xié)調(diào)級發(fā)送和接受信息。 2 2）數(shù)據(jù)處理功能）數(shù)據(jù)處理功能 它能對組織級來的命令它能對組織級來的命令信息和從協(xié)調(diào)器來的反饋信息進行描述，并可為信息和從協(xié)調(diào)器來的反饋信息進行描述，并可為分配器的決策單元提供信息和對它進行修改。分配器的決策單元提供信息和對它進行修改。 3 3）任務處理功能）任務處理功能 它能對要執(zhí)行的任務進它能對要執(zhí)行的任務進行識別，為相應的協(xié)調(diào)器選擇合適的控制步驟，行識別，為相應的協(xié)調(diào)器選擇合適的控制步驟，以及為組織級產(chǎn)生必要的反饋信息

17、。以及為組織級產(chǎn)生必要的反饋信息。 4 4）學習能力）學習能力 它能夠根據(jù)任務不斷執(zhí)行所它能夠根據(jù)任務不斷執(zhí)行所取得的經(jīng)驗來逐漸減小決策過程的不確定性，以取得的經(jīng)驗來逐漸減小決策過程的不確定性，以達到不斷改進任務執(zhí)行的能力。達到不斷改進任務執(zhí)行的能力。（4 4）執(zhí)行級）執(zhí)行級 執(zhí)行級是遞階智能控制系統(tǒng)的最低一級，由執(zhí)行級是遞階智能控制系統(tǒng)的最低一級，由多多個個硬件控制器組成，其任務是完成具體的控制任硬件控制器組成，其任務是完成具體的控制任務。執(zhí)行級控制器直接產(chǎn)生控制信號，通過執(zhí)行務。執(zhí)行級控制器直接產(chǎn)生控制信號，通過執(zhí)行機構(gòu)作用于被控對象（過程）；同時執(zhí)行級也通機構(gòu)作用于被控對象（過程）；同時

18、執(zhí)行級也通過傳感器測量環(huán)境的相關(guān)信息，并傳遞給上一級過傳感器測量環(huán)境的相關(guān)信息，并傳遞給上一級控制器，給高層決策提供相關(guān)依據(jù)?？刂破?，給高層決策提供相關(guān)依據(jù)。 執(zhí)行級的智能程度最低，而控制精度最高，其執(zhí)行級的智能程度最低，而控制精度最高，其理論方法為傳統(tǒng)的控制理論。理論方法為傳統(tǒng)的控制理論。 遞階智能控制系統(tǒng)，從最低級執(zhí)行級遞階智能控制系統(tǒng)，從最低級執(zhí)行級次高級次高級協(xié)調(diào)級協(xié)調(diào)級最高級組織級，智能要求逐步提高，越高最高級組織級，智能要求逐步提高，越高的層次越需要高的智能，而精度則遞減，此類結(jié)構(gòu)的層次越需要高的智能，而精度則遞減，此類結(jié)構(gòu)具有以下特點：具有以下特點： 1 1）越是處于高層的控制器

19、，對系統(tǒng)的影響也越大；）越是處于高層的控制器，對系統(tǒng)的影響也越大； 2 2）越是處于高層，就有越多的不確定性信息，使問）越是處于高層，就有越多的不確定性信息，使問題的描述難于量化。題的描述難于量化。 在高層次上應該采用基于知識的組織級，以便在高層次上應該采用基于知識的組織級，以便于處理信息與利用人的直覺、推理、邏輯和經(jīng)驗。于處理信息與利用人的直覺、推理、邏輯和經(jīng)驗。這樣，遞階智能控制系統(tǒng)就能在最高級（組織級）這樣，遞階智能控制系統(tǒng)就能在最高級（組織級）的統(tǒng)一組織下，實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的優(yōu)化控制。的統(tǒng)一組織下，實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 2.2 2.2 遞階智能控制系統(tǒng)舉例遞階智能控制系統(tǒng)舉例應用實

20、例：紅旗自主車的自主駕駛四層遞階控制系統(tǒng)。應用實例：紅旗自主車的自主駕駛四層遞階控制系統(tǒng)。1 1、汽車汽車自主駕駛自主駕駛系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成（1 1）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 環(huán)境識別子系統(tǒng)環(huán)境識別子系統(tǒng) 駕駛控制子系統(tǒng)駕駛控制子系統(tǒng) 環(huán)境識別子系統(tǒng)：環(huán)境識別子系統(tǒng)：由道路標志線識別和前方由道路標志線識別和前方車輛識別兩個子系統(tǒng)組成。前者能夠?qū)崟r識別當車輛識別兩個子系統(tǒng)組成。前者能夠?qū)崟r識別當前及左右共三條車道線，實時輸出處理結(jié)果；對前及左右共三條車道線，實時輸出處理結(jié)果；對車道上非標志線的標志及車輛干擾具有免疫力，車道上非標志線的標志及車輛干擾具有免疫力，并較好地解決了對車體震動和光照變

21、化的適應性并較好地解決了對車體震動和光照變化的適應性問題；后者能夠?qū)崟r識別前方車輛距離及相對速問題；后者能夠?qū)崟r識別前方車輛距離及相對速度，具有較好的抗干擾性及適應性。度，具有較好的抗干擾性及適應性。 駕駛控制子系統(tǒng)：駕駛控制子系統(tǒng)：包括行為決策、行為規(guī)劃包括行為決策、行為規(guī)劃以及操作控制等主要模塊。本子系統(tǒng)對受控對象以及操作控制等主要模塊。本子系統(tǒng)對受控對象的非線性、環(huán)境的嚴重不確定性具有很好的適應的非線性、環(huán)境的嚴重不確定性具有很好的適應能力；能夠滿足系統(tǒng)實時性要求；其方向及速度能力；能夠滿足系統(tǒng)實時性要求；其方向及速度跟蹤精度高；并具有系統(tǒng)監(jiān)督模塊，可實現(xiàn)系統(tǒng)跟蹤精度高；并具有系統(tǒng)監(jiān)督模

22、塊，可實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的在線監(jiān)督、預警及緊急情況處理。狀態(tài)的在線監(jiān)督、預警及緊急情況處理。系統(tǒng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)（2 2）自主駕駛的硬件系統(tǒng)）自主駕駛的硬件系統(tǒng) 主控計算機及接口主控計算機及接口 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 傳感器傳感器 主控計算機及接口：主控計算機及接口：擔負駕駛控制和環(huán)境擔負駕駛控制和環(huán)境識別的計算工作。接口主要有：識別的計算工作。接口主要有：A/DA/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、D/AD/A轉(zhuǎn)換器、各種運動控制卡、記數(shù)器及數(shù)字轉(zhuǎn)換器、各種運動控制卡、記數(shù)器及數(shù)字量輸入輸出設備等。量輸入輸出設備等。 執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)：根據(jù)汽車各操縱機構(gòu)的不同特根據(jù)汽車各操縱機構(gòu)的不同特點分別采用了步進電機驅(qū)動

23、和液壓驅(qū)動兩種執(zhí)點分別采用了步進電機驅(qū)動和液壓驅(qū)動兩種執(zhí)行機構(gòu)。行機構(gòu)。 傳感器：傳感器：包括環(huán)境傳感器（攝像頭）、車包括環(huán)境傳感器（攝像頭）、車體姿態(tài)傳感器和自動駕駛執(zhí)行部件傳感器。傳體姿態(tài)傳感器和自動駕駛執(zhí)行部件傳感器。傳感器信號經(jīng)過預處理電路板的濾波和放大后，感器信號經(jīng)過預處理電路板的濾波和放大后，通過計算機接口板進入相應的處理機。通過計算機接口板進入相應的處理機。 自主自主駕駛的硬件系統(tǒng)駕駛的硬件系統(tǒng) 嵌入式實時操作系統(tǒng)。特點如下：嵌入式實時操作系統(tǒng)。特點如下： 1 1）基于）基于PCPC機的開發(fā)環(huán)境使得嵌入式開發(fā)更加機的開發(fā)環(huán)境使得嵌入式開發(fā)更加方便；方便； 2 2）實時多任務的操作

24、系統(tǒng)內(nèi)核確保了系統(tǒng)的實）實時多任務的操作系統(tǒng)內(nèi)核確保了系統(tǒng)的實時性；時性； 3 3）可裁減和可重配置的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使得目標）可裁減和可重配置的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使得目標代碼更加精悍，運行效率獲得提高；代碼更加精悍，運行效率獲得提高； 4 4）方便快速的任務間通信手段；）方便快速的任務間通信手段； 5 5）支持多處理機之間的任務協(xié)調(diào)與通信；）支持多處理機之間的任務協(xié)調(diào)與通信； 6 6）自主駕駛系統(tǒng)的處理機運行實時操作系統(tǒng)。）自主駕駛系統(tǒng)的處理機運行實時操作系統(tǒng)。軟件設計與系統(tǒng)的實時性的特點：軟件設計與系統(tǒng)的實時性的特點： 1 1） 任務優(yōu)先級設置與搶斷式任務調(diào)度；任務優(yōu)先級設置與搶斷式任務調(diào)度； 2

25、2） 基于系統(tǒng)時鐘的軟件同步機制；基于系統(tǒng)時鐘的軟件同步機制； 3 3） 分布式共享數(shù)據(jù)存儲。分布式共享數(shù)據(jù)存儲。 2 2、汽車自主駕駛系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)、汽車自主駕駛系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)n操作控制層操作控制層n行為規(guī)劃層行為規(guī)劃層n行為決策層行為決策層n任務規(guī)劃層任務規(guī)劃層 操作控制層：操作控制層：把來自行為規(guī)劃層的規(guī)劃軌跡把來自行為規(guī)劃層的規(guī)劃軌跡轉(zhuǎn)化為各執(zhí)行機構(gòu)動作，并控制各執(zhí)行機構(gòu)完成轉(zhuǎn)化為各執(zhí)行機構(gòu)動作，并控制各執(zhí)行機構(gòu)完成相應動作，是整個自主駕駛系統(tǒng)的最底層。包括相應動作，是整個自主駕駛系統(tǒng)的最底層。包括車速控制器、方向控制器、剎車控制器、節(jié)氣門車速控制器、方向控制器、剎車控制器、節(jié)氣門控制

26、器、轉(zhuǎn)向控制器及信號燈控制器、轉(zhuǎn)向控制器及信號燈/ /喇叭控制邏輯等。喇叭控制邏輯等。 行為規(guī)劃層：行為規(guī)劃層：是行為決策層和操作控制層之間是行為決策層和操作控制層之間的接口，它負責將行為決策層產(chǎn)生的行為符號轉(zhuǎn)換的接口，它負責將行為決策層產(chǎn)生的行為符號轉(zhuǎn)換為操作控制層的傳統(tǒng)控制器所能接受的軌跡指令。為操作控制層的傳統(tǒng)控制器所能接受的軌跡指令。包括行為執(zhí)行監(jiān)督模塊、車輛速度產(chǎn)生模塊、車輛包括行為執(zhí)行監(jiān)督模塊、車輛速度產(chǎn)生模塊、車輛期望路徑產(chǎn)生模塊等。期望路徑產(chǎn)生模塊等。 行為決策層：行為決策層：根據(jù)環(huán)境感知系統(tǒng)獲得的環(huán)根據(jù)環(huán)境感知系統(tǒng)獲得的環(huán)境信息、車輛當前狀態(tài)以及任務規(guī)劃的任務目標，境信息、車

27、輛當前狀態(tài)以及任務規(guī)劃的任務目標，采取恰當行為，保證順利地完成任務。影響因素采取恰當行為，保證順利地完成任務。影響因素有：道路情況、交通情況、交通信號、任務對安有：道路情況、交通情況、交通信號、任務對安全性和效率的要求、任務目的等。全性和效率的要求、任務目的等。 任務規(guī)劃層：任務規(guī)劃層：根據(jù)環(huán)境感知系統(tǒng)獲得的環(huán)境根據(jù)環(huán)境感知系統(tǒng)獲得的環(huán)境信息、車輛當前狀態(tài)以及任務規(guī)劃的任務目標，信息、車輛當前狀態(tài)以及任務規(guī)劃的任務目標，采取恰當行為，保證順利地完成任務。影響因素采取恰當行為，保證順利地完成任務。影響因素有：道路情況、交通情況、交通信號、任務對安有：道路情況、交通情況、交通信號、任務對安全性和效率的要求、任務目的等。全性和效率的要求、任務目的等。 3 3、汽車汽車自主駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制算法自主駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制算法（1 1）駕駛控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)）駕駛控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 操作控制層（操作控制層（6 6個軟件模塊）：個軟件模塊）：方向伺服控制、方向伺服控制、油門伺服控