Control Configuration Reference 控制配置参考

本文档梳理 modules/control/ 下的关键 Protobuf 配置定义，为理解和调优控制模块提供配置参考。

1. 模块定位

控制模块的配置分为四层：

算法参数：PID、Lead-Lag、MRAC 的增益和限幅
控制器配置：横向 LQR、纵向 PID 的完整参数集
管线配置：控制器执行顺序
标定表：速度/加速度 → 油门/刹车的映射

ControlPipeline (控制器执行顺序)
    ├── LatBaseLqrControllerConf (横向 LQR)
    │       ├── matrix_q (状态权重)
    │       ├── GainScheduler (增益调度)
    │       ├── LeadlagConf (Lead-Lag)
    │       └── MracConf (MRAC 自适应)
    └── LonBasedPidControllerConf (纵向 PID)
            ├── PidConf (位置 PID)
            ├── PidConf (速度 PID)
            └── LeadlagConf (Lead-Lag)

2. 算法参数

2.1 PidConf — PID 参数

protobuf

message PidConf {
  optional bool integrator_enable = 1;              // 积分器使能
  optional double integrator_saturation_level = 2;  // 积分饱和限幅
  optional double kp = 3;                           // 比例增益
  optional double ki = 4;                           // 积分增益
  optional double kd = 5;                           // 微分增益
  optional double kaw = 6 [default = 0.0];          // Anti-Windup 增益
  optional double output_saturation_level = 7;      // 输出饱和限幅
}

参数	说明	典型值
`kp`	比例增益	速度环: 0.5-2.0, 位置环: 0.1-1.0
`ki`	积分增益	速度环: 0.01-0.1, 位置环: 0.001-0.01
`kd`	微分增益	通常为 0 或很小
`kaw`	Anti-Windup 增益	0.0-1.0（BC 模式使用）
`integrator_saturation_level`	积分限幅	速度环: 50-200
`output_saturation_level`	输出限幅	根据执行器范围

2.2 LeadlagConf — Lead-Lag 参数

protobuf

message LeadlagConf {
  optional double innerstate_saturation_level = 1 [default = 300];
  optional double alpha = 2 [default = 0.1];   // 超前系数
  optional double beta = 3 [default = 1.0];    // 增益系数
  optional double tau = 4 [default = 0.0];     // 滞后系数
}

传递函数：G(s) = (alpha * s + beta) / (s + tau)

参数	说明	调优方向
`alpha > 0`	超前补偿	增大 → 改善响应速度
`beta`	增益	通常为 1.0
`tau`	滞后时间常数	增大 → 改善稳态精度
`innerstate_saturation_level`	内部状态限幅	防止溢出

2.3 MracConf — MRAC 自适应参数

protobuf

message MracConf {
  optional int32 mrac_model_order = 1 [default = 1];  // 模型阶数 (1 或 2)
  optional double reference_time_constant = 2;          // 参考模型时间常数
  optional double reference_natural_frequency = 3;      // 自然频率 (2阶)
  optional double reference_damping_ratio = 4;          // 阻尼比 (2阶)
  repeated double adaption_state_gain = 5;              // 状态自适应增益
  optional double adaption_desired_gain = 6;            // 输入自适应增益
  optional double adaption_nonlinear_gain = 7;          // 非线性自适应增益
  repeated double adaption_matrix_p = 8;                // Lyapunov 方程 P 矩阵
  optional double mrac_saturation_level = 9 [default = 1.0];  // 输出限幅
  repeated double anti_windup_compensation_gain = 10;   // Anti-Windup 补偿增益
  optional double clamping_time_constant = 11;          // 钳位时间常数
}

参数	说明	调优方向
`mrac_model_order`	参考模型阶数	1 阶简单快速，2 阶精确
`reference_time_constant`	时间常数	减小 → 更快响应
`reference_natural_frequency`	自然频率	增大 → 更快响应
`reference_damping_ratio`	阻尼比	0.7-1.0（临界阻尼附近）
`adaption_state_gain`	状态自适应增益	增大 → 更快适应
`mrac_saturation_level`	输出限幅	防止过大修正

2.4 GainScheduler — 增益调度

protobuf

message GainScheduler {
  message GainSchedulerInfo {
    optional double speed = 1;    // 速度阈值
    optional double ratio = 2;    // 增益比例
  }
  repeated GainSchedulerInfo scheduler = 1;
}

按速度插值调整增益比例
低速时增大横向误差权重，高速时增大航向误差权重

3. 控制器配置

3.1 LatBaseLqrControllerConf — 横向 LQR 配置

protobuf

message LatBaseLqrControllerConf {
  optional double ts = 1;                           // 采样时间 (0.01s)
  optional int32 preview_window = 2;                // 前瞻窗口
  optional double cf = 3;                           // 前轮侧偏刚度 (N/rad)
  optional double cr = 4;                           // 后轮侧偏刚度 (N/rad)
  optional int32 mass_fl = 5;                       // 前左轮质量
  optional int32 mass_fr = 6;                       // 前右轮质量
  optional int32 mass_rl = 7;                       // 后左轮质量
  optional int32 mass_rr = 8;                       // 后右轮质量
  optional double eps = 9;                          // LQR 收敛阈值
  repeated double matrix_q = 10;                    // 状态权重矩阵 Q
  repeated double reverse_matrix_q = 11;            // 倒车状态权重
  optional int32 cutoff_freq = 12;                  // 滤波器截止频率
  optional int32 mean_filter_window_size = 13;      // 均值滤波窗口
  optional int32 max_iteration = 14;                // LQR 最大迭代次数
  optional double max_lateral_acceleration = 15;    // 最大横向加速度
  optional GainScheduler lat_err_gain_scheduler = 16;   // 横向误差增益调度
  optional GainScheduler heading_err_gain_scheduler = 17; // 航向误差增益调度
  optional LeadlagConf reverse_leadlag_conf = 18;   // 倒车 Lead-Lag
  optional bool enable_reverse_leadlag_compensation = 19;
  optional bool enable_look_ahead_back_control = 20;
  optional double lookahead_station = 21;            // 低速前瞻距离
  optional double lookback_station = 22;             // 低速回看距离
  optional MracConf steer_mrac_conf = 23;            // 转向 MRAC 配置
  optional bool enable_steer_mrac_control = 24;
  optional double lookahead_station_high_speed = 25; // 高速前瞻距离
  optional double lookback_station_high_speed = 26;  // 高速回看距离
  optional double lock_steer_speed = 27 [default = 0.081];  // 锁定方向盘速度
  optional double switch_speed = 36;                 // 低/高速切换速度
  optional double switch_speed_window = 37;          // 切换窗口
  optional double reverse_feedforward_ratio = 38;    // 倒车前馈比例
}

关键参数调优：

参数	说明	调优方向
`matrix_q`	`[lateral_err, lateral_err_rate, heading_err, heading_err_rate]` 权重	增大 → 更紧跟踪
`cf / cr`	前/后轮侧偏刚度	从车辆参数获取
`max_lateral_acceleration`	横向加速度限幅	减小 → 更保守转向
`preview_window`	前瞻周期数	增大 → 改善高速稳定性
`lookahead_station`	前瞻距离	增大 → 更平滑但响应慢

3.2 LonBasedPidControllerConf — 纵向 PID 配置

protobuf

message LonBasedPidControllerConf {
  optional double ts = 1;                           // 采样时间
  optional double brake_minimum_action = 2;         // 最小刹车动作
  optional double throttle_minimum_action = 3;      // 最小油门动作
  optional double speed_controller_input_limit = 4; // 速度控制器输入限幅
  optional double station_error_limit = 5;          // 位置误差限幅
  optional double preview_window = 6;               // 前瞻窗口
  optional double standstill_acceleration = 7;      // 驻车加速度
  optional PidConf station_pid_conf = 8;            // 位置 PID
  optional PidConf low_speed_pid_conf = 9;          // 低速 PID
  optional PidConf high_speed_pid_conf = 10;        // 高速 PID
  optional double switch_speed = 11;                // 低/高速切换速度
  optional PidConf reverse_station_pid_conf = 12;   // 倒车位置 PID
  optional PidConf reverse_speed_pid_conf = 13;     // 倒车速度 PID
  optional FilterConf pitch_angle_filter_conf = 14; // 坡度角滤波
  optional LeadlagConf reverse_station_leadlag_conf = 15;  // 倒车位置 Lead-Lag
  optional LeadlagConf reverse_speed_leadlag_conf = 16;    // 倒车速度 Lead-Lag
  optional bool enable_reverse_leadlag_compensation = 18;
  optional double switch_speed_window = 19;         // 切换窗口
  optional bool enable_speed_station_preview = 20;  // 前瞻使能
  optional bool enable_slope_offset = 21;           // 坡度补偿
  optional double max_path_remain_when_stopped = 22; // 停车时最大剩余路径
  optional double pedestrian_stop_time = 27;        // 行人停车等待时间
  optional bool use_vehicle_epb = 36;               // 使用电子驻车
}

PID 配置层次：

层次	配置	说明
位置外环	`station_pid_conf`	位置误差 → 速度参考
速度内环（低速）	`low_speed_pid_conf`	低速速度误差 → 加速度
速度内环（高速）	`high_speed_pid_conf`	高速速度误差 → 加速度
倒车位置	`reverse_station_pid_conf`	倒车位置误差
倒车速度	`reverse_speed_pid_conf`	倒车速度误差

4. 管线配置

4.1 ControlPipeline — 控制器管线

protobuf

message ControlPipeline {
  repeated PluginDeclareInfo controller = 1;  // 控制器插件列表
}

典型管线配置：

protobuf

# conf/pipeline.pb.txt
controller {
  name: "lat_controller"
  type: "LatController"
}
controller {
  name: "lon_controller"
  type: "LonController"
}

4.2 PluginDeclareInfo — 插件声明

protobuf

message PluginDeclareInfo {
  optional string name = 1;  // 插件名称
  optional string type = 2;  // 插件类型（类名）
}

5. 标定表

5.1 CalibrationTable — 标定表

protobuf

message CalibrationTable {
  repeated CalibrationInfo calibration = 1;
}
message CalibrationInfo {
  optional double speed = 1;                      // 速度 (m/s)
  repeated ControlCommand calibration_point = 2;  // (加速度, 油门/刹车) 对
}
message ControlCommand {
  optional double command = 1;  // 油门正值 / 刹车负值
}

2D 查表：(速度, 目标加速度) → 油门/刹车值
使用 Interpolation2D 做双线性插值

6. 配置加载流程

ControlComponent::Init()
    │
    ├── 1. 加载 control.conf (gflags)
    ├── 2. 加载 pipeline.pb.txt (控制器管线)
    ├── 3. 加载 calibration_table.pb.txt (标定表)
    │
    └── ControlTaskAgent::Init()
            │
            ├── 创建 LatController
            │       └── 加载 lat_based_lqr_controller_conf.pb.txt
            │               ├── matrix_q, cf, cr (LQR 参数)
            │               ├── lat_err_gain_scheduler (增益调度)
            │               ├── steer_mrac_conf (MRAC 参数)
            │               └── reverse_leadlag_conf (Lead-Lag)
            │
            └── 创建 LonController
                    └── 加载 lon_based_pid_controller_conf.pb.txt
                            ├── station_pid_conf (位置 PID)
                            ├── low_speed_pid_conf (低速 PID)
                            ├── high_speed_pid_conf (高速 PID)
                            └── calibration_table (标定表)

7. 配置调优指南

7.1 横向控制调优

问题	参数调整
跟踪不紧	增大 `matrix_q` 中横向误差权重
转向抖动	减小 `matrix_q` 中横向误差率权重，增大滤波
高速发散	增大 `preview_window`，增大航向误差权重
低速振荡	减小 `kp`，增大 `kd`
倒车不稳	调整 `reverse_matrix_q`，启用 `reverse_leadlag_conf`

7.2 纵向控制调优

问题	参数调整
跟车不紧	增大 `station_pid_conf.kp`
速度抖动	减小 `speed_pid_conf.kp`，增大 `kd`
停车不稳	调整 `standstill_acceleration`，启用 EPB
起步顿挫	调整 `throttle_minimum_action`，减小 `kp`
坡道溜车	启用 `enable_slope_offset`，调整 `use_opposite_slope_compensation`

7.3 常用参数范围

参数	低速 (0-10 km/h)	中速 (10-60 km/h)	高速 (>60 km/h)
`matrix_q[0]` (横向误差)	10-50	5-20	2-10
`matrix_q[2]` (航向误差)	5-20	10-50	20-100
`station_pid.kp`	0.5-1.0	0.3-0.8	0.2-0.5
`speed_pid.kp`	1.0-3.0	0.5-2.0	0.3-1.0

贡献者

Steven Moder

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Control Configuration Reference 控制配置参考 ​

1. 模块定位 ​

2. 算法参数 ​

2.1 PidConf — PID 参数 ​

2.2 LeadlagConf — Lead-Lag 参数 ​

2.3 MracConf — MRAC 自适应参数 ​

2.4 GainScheduler — 增益调度 ​

3. 控制器配置 ​

3.1 LatBaseLqrControllerConf — 横向 LQR 配置 ​

3.2 LonBasedPidControllerConf — 纵向 PID 配置 ​

4. 管线配置 ​

4.1 ControlPipeline — 控制器管线 ​

4.2 PluginDeclareInfo — 插件声明 ​

5. 标定表 ​

5.1 CalibrationTable — 标定表 ​

6. 配置加载流程 ​

7. 配置调优指南 ​

7.1 横向控制调优 ​

7.2 纵向控制调优 ​

7.3 常用参数范围 ​

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1. 模块定位

2. 算法参数

2.1 PidConf — PID 参数

2.2 LeadlagConf — Lead-Lag 参数

2.3 MracConf — MRAC 自适应参数

2.4 GainScheduler — 增益调度

3. 控制器配置

3.1 LatBaseLqrControllerConf — 横向 LQR 配置

3.2 LonBasedPidControllerConf — 纵向 PID 配置

4. 管线配置

4.1 ControlPipeline — 控制器管线

4.2 PluginDeclareInfo — 插件声明

5. 标定表

5.1 CalibrationTable — 标定表

6. 配置加载流程

7. 配置调优指南

7.1 横向控制调优

7.2 纵向控制调优

7.3 常用参数范围