用于设计具有随机优化的状态调节器的计算机实现的方法与流程

背景技术：

1、高度自动化或自主系统例如在机器人和汽车行业中越来越受到关注。尤其是调节系统在自主或高度自动化系统的运行中变得越来越重要。在高度自动化和自动驾驶中，车辆的横向引导起着核心作用。横向引导的任务是保持车辆与预给定路线或车道边缘和/或道路边缘之间的侧向距离稳定。尽管已经提出了许多用于调节的方法，但这些方法大多基于标称模型，即没有考虑诸如外部干扰、参数不确定性或模型误差的不确定性。

2、调节系统初始状态中的不确定性以及由所述初始状态产生的调节回路反馈中方差的不确定性是这些不确定性的结果。调节回路反馈中方差的不确定性在调节器的开发阶段和参数化中是未知的或难以量化。因此，必须以后在应用阶段中针对不确定性对调节器进行强化的测试和适配。这既耗时又成本高昂。特别是由于开发周期变得越来越短，而且由于软件比例不断增加，产品交付时间长导致了市场特定的缺点。由于这些原因，需要新的调节器设计技术来考虑上述不确定性并减少后续测试阶段的工作量。

技术实现思路

1、本公开的第一一般方面涉及一种用于设计具有随机优化的状态调节器的计算机实现的方法。该方法包括接收用于描述待调节的系统的状态空间模型，其中所述状态空间模型包括系统矩阵、包含一个或多个状态变量的状态向量、输入矩阵和输入参量向量，其中所述输入参量向量基于所述状态向量和描述所述状态调节器的反馈矩阵，并且基于一个或多个概率分布来描述所述一个或多个状态变量。该方法还包括描述包括至少使用所述系统矩阵、所述反馈矩阵、初始状态和所述输入矩阵计算的成本函数的优化问题，以及求解所述优化问题以确定所述反馈矩阵的条目。

2、本公开的第二一般方面涉及一种计算机系统，其被设计为执行根据第一一般方面(或其实施方式)的用于设计具有随机优化的状态调节器的计算机实现的方法。

3、本公开的第三一般方面涉及一种包括指令的计算机程序，当由计算机系统执行所述计算机程序时，所述指令促使所述计算机系统执行根据第一一般方面(或其实施方式)的用于设计具有随机优化的状态调节器的计算机实现的方法。

4、本公开的第四一般方面涉及一种计算机可读介质或信号，其存储和/或包含根据第三一般方面(或其实施方式)的计算机程序。

5、本公开中提出的根据第一一般方面(或其实施方式)的方法可以用于提供用于设计具有随机优化的状态调节器的计算机实现的方法。一个优点可能在于缩短高度自动化调节功能的上市时间，因为可以在设计阶段就已经考虑到相关的不确定性。由此可以减少在验证阶段/确认阶段必须花费的工作量。此外，可以在调节系统针对参数不确定性和干扰的鲁棒性与调节系统的性能之间实现权衡。另一个优点可能在于，可以导出闭环调节回路的置信区间，以便能够对性能做出随机判断。本公开的技术还可以有利于检查现有调节系统的鲁棒性或量化其与最优调节的偏差。此外，本公开的技术不限于车辆的横向引导，而是可以有利于各种调节。除了车辆的横向引导之外，纵向调节也可以受益于本公开的技术。本技术也有利于同时进行纵向和横向调节的方案。

6、一些术语在本公开中按以下方式使用：

7、“状态调节器”可以包括将状态变量(即受控系统的内部状态)反馈到输入参量的算法，即计算规则。状态调节器可以包括可以对状态参量进行加权的参数。在示例中，状态调节器可以在计算机系统上执行。例如，状态调节器可以包括具有输入和输出的硬件模块或者是具有输入和输出的硬件模块的一部分。

8、“车辆”可以是运输乘客和/或货物的任何设备。车辆可以是机动车辆(例如乘用车或卡车)，也可以是轨道车辆。车辆还可以是机动两轮或三轮车。然而，浮动和飞行设备也可以是车辆。车辆可以至少部分自主地运行或得到辅助。

1.一种用于设计具有随机优化的状态调节器(20)的计算机实现的方法(100)，其中所述方法(100)包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法(100)，其中所述描述(120)还包括

3.根据权利要求1或2中任一项所述的计算机实现的方法(100)，其中描述(120)优化问题还包括

4.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法(100)，其中所述优化问题包括关于所述反馈矩阵(k)的条目最小化所述成本函数j。

5.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法(100)，其中所述描述(120)还包括

6.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法(100)，其中所述一个或多个概率分布由一个或多个多项式基表示。

7.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法(100)，其中所述优化问题还包括最优性条件、稳定性条件和/或定义集合对所述反馈矩阵(k)的可能条目的限制中的至少一个。

8.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法(100)，其中所述待调节的系统(10)被设计为布置在车辆中和/或被设计为控制车辆功能。

9.根据权利要求8所述的计算机实现的方法(100)，其中所述待调节的系统是用于所述车辆的横向引导和/或纵向引导的系统。

10.一种计算机系统，被设计为执行根据前述权利要求1至9中任一项所述的用于设计具有随机优化的状态调节器(20)的计算机实现的方法(100)。

11.一种计算机程序，包括指令，当所述计算机程序由计算机系统执行时，所述指令促使所述计算机系统执行根据权利要求1至9中任一项所述的用于设计具有随机优化的状态调节器(20)的计算机实现的方法(100)。

12.一种计算机可读介质或信号，其存储和/或包含根据权利要求11所述的计算机程序。