EKF(擴展卡爾曼濾波器)在AGV小車(自動導引車(chē))係統中的工作原理主要分為以下幾個步驟:
預(yù)測階段
狀態預測:根據AGV小車的(de)運動學模型,利(lì)用上(shàng)一時(shí)刻的(de)狀態估計值和控(kòng)製輸入,預測(cè)當前時刻(kè)的狀態。例如,對於一個(gè)在平麵上運動(dòng)的AGV小車,其運動學模型可能包括位置、速度和(hé)方向等狀態變(biàn)量,通過上一時刻的位(wèi)置、速度和方向,以及當前時刻的控製輸入(如速度指令、轉(zhuǎn)向指令等),可以預測出當(dāng)前時刻的位(wèi)置、速度(dù)和方向。
協方差預測:考慮係統(tǒng)的(de)過程(chéng)噪聲,對(duì)狀態協方差矩陣(zhèn)進行預測,以反映狀態估計的不確定性。過程噪聲通常是(shì)由於模型的不精確、外部幹擾等因(yīn)素引起的,通過預測協方(fāng)差矩陣,可以(yǐ)量(liàng)化這種不確定性,並在(zài)後(hòu)續的更(gèng)新階(jiē)段中進行修正。
更新階段
觀測預測:根據預測的狀態值,利用觀測模型計算出觀測值的預測值。觀測模型描述了觀測值與狀態變量之(zhī)間的關係,例如,對(duì)於(yú)使用激光(guāng)雷達進行定位的AGV小車,觀測模型可以根據預測的位置和(hé)方向,計算出激光(guāng)雷達應該觀測到的周圍環境的特征。
計算卡爾(ěr)曼增益:根據(jù)觀測噪聲協方差矩陣和預測協方差矩陣,計算卡爾曼增益,用於權衡觀(guān)測值和預(yù)測(cè)值(zhí)的權重。卡爾曼增益的(de)大小(xiǎo)取決於觀測噪聲和(hé)預測噪聲的相(xiàng)對大小(xiǎo),當(dāng)觀測噪(zào)聲較小(xiǎo)時,卡爾曼增(zēng)益較(jiào)大,觀測值的權(quán)重較大;當預測噪聲較小時,卡爾曼增益較小,預(yù)測值的權重較大。
狀態更新:將觀測值(zhí)與觀測預測(cè)值的(de)差(chà)值乘以卡爾曼增益,得到狀態更新量,將其加到預測的狀態值上,得到當前時刻的狀(zhuàng)態估計值。這樣可以利用觀測值對預測(cè)的狀態進行修正,提高狀態估計的準(zhǔn)確性。
協方差更新:根(gēn)據卡爾曼增益和觀(guān)測噪聲協方差(chà)矩陣,對狀態協方(fāng)差矩陣進行更新,以反映更新後的狀態估計的不確定性。更(gèng)新後的協方差矩陣會變小,說明狀態估計的(de)不(bú)確定(dìng)性降低了。
迭代過程
EKF通過不斷地重複預(yù)測和更新步驟,隨著時(shí)間的(de)推移,逐步提高狀態估計的準確性。在每次迭代中,都會根據新(xīn)的觀測值對狀態估計進行修(xiū)正,同時考慮係統的動態特性和觀測噪聲,從而實現對AGV小車狀態的實(shí)時(shí)估計和跟蹤。
線性化處理
由於AGV小車(chē)係統的運動方程和觀測方程往往(wǎng)是非線性的,EKF通過對非線性函數在估計值(zhí)附近(jìn)進行泰勒級數展開,並(bìng)忽略二階及以上的高階項,從而(ér)將(jiāng)非線性問題近似為(wéi)線性問(wèn)題,能夠在一定程度上處理(lǐ)非線性問題,在非線(xiàn)性程度不是特別高的情況下,相比KF能夠得到更準確的狀態估計。