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专利号: 2020106503851
申请人: 东北大学秦皇岛分校
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1、根据车队中车辆自身信息,包括位置信息、速度信息、加速度信息,构造固定时间间距策略,并采用双向通信结构建立车辆纵向动力学模型;

步骤2、设整个车队由1个领队车和n-1个跟随车组成,且不存在两个车并排行驶的情况,分别构建领队车和跟随车的控制器;

步骤3、针对领队车的行驶数据构建微分方程,验证领队车的收敛性;

其中p0(t)是领队车在t时刻的位置,q0(t)是领队车的指定停车位置TSP, 为领队车控制器增益并且等式的解为:

其中p0'(t)是特殊解, 是一般解,C为常数解,推导出:领队车的速度为:

结合上述公式得到

步骤4、设计自适应率,并选取李雅普诺夫函数验证跟随车的收敛性;

在车队终端滑模协同制动控制器下,如果参数满足c1>0,c2>0,那么车队是李雅普诺夫稳定的,同时得到:李雅普诺夫函数V1(t)如下:

对其求导得:

其中 和ξi是固定上界和固定下界,有由步骤2有:

推导得:

其中k为跟随车控制器增益,因此有:因为 所以V1(t)是一个非递增函数,V1(t)≤V1(0)<∞,有:其中ξi(t), 和 因为V1(t)∈R∞,R∞为正实数域,Si(t)∈R∞,有si(t),si+1(t)∈R∞;因为ei(t), 并且sgn(Si(t)∈R∞,所以有ui(t)∈R∞, 有 因此, 是一致连续的;根据下式,得到其中Q是可逆的,遵循S=0和s=0的等价性;得到当t→∞时,si=0,si+1=0;

步骤5、验证车队的队列稳定性,完成对整个车队的协同制动控制;

若ei(0)=0,0<|q|<1,那么在终端滑模控制控制器TSM下,车队的串稳定性被保证,即:||Gi(s)||=||Ei+1(s)/Ei(s)||≤1其中Gi(s)为误差传递函数,Ei(s)为误差ei(t)的拉普拉斯变换;

根据步骤4得Si(t)=qsi(t)-si+1(t)收敛到零,令Si(t)=0,有:对上式作拉普拉斯变换得:

最终得到:

因为0<α1<1,所以当0<|q|<1时,||Gi(s)||≤1。

2.根据权利要求1所述的一种基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法,其特征在于,步骤1所述车辆纵向动力学模型设第i辆车与第i-1辆车车间距误差为ei(t):ei(t)=pi-1(t)-pi(t)-ds-L,i=1,2,...,n,其中ds是期望车间距离,L是车辆长度,pi(t)为t时刻第i辆车位置信息、t为时间;

第i辆车的动力学模型描述为以下的非线性微分方程:其中,vi(t)、ai(t)分别是第i辆车的速度、加速度;ci(t)是执行器输入,非线性函数fi(vi,ai)为下式:其中σ是空气质量常数,τi是发动机时间常数,Ai, 和mi分别是第i辆车的横截面积、阻力系数、机械阻力和质量,将运动学模型线性化,得到反馈线性化控制律如下:产生以下线性化模型:

其中ui是附加的控制输入信号;

由于车辆间的通信干扰及外部环境扰动,引入扰动项ξi(t),线性化模型如下形式:其中 ξi(t)和 分别为扰动ξi(t)的下界和上界。

3.根据权利要求1所述的一种基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法,其特征在于,步骤2所述领队车的控制器如下式所示:其中p0(t)和v0(t)分别是领队车在t时刻的位置和速度,q0(t)是领队车的指定停车位置TSP,F0b(·)是领队车在制动过程中的制动力, 为领队车控制器增益并且

得到领队车的控制器为:

其中

针对跟随车首先进行滑模面的设计,然后设计协同控制器:跟随车的滑模面设计公式为:

其中c1,c2为常数,sgn(·)为符号函数;α1,α2为常数并且满足以下条件:α2>2

α1=(α2-2)/α2

上述滑模面修改为以下形式:

由于si(t)的收敛性使ei(t)趋近为零,但是不能保证串稳定性,因此,将上述滑模面设计为:其中q为常数且q≠0,得到:S(t)=Qs(t);

其中s(t)=[s1(t) s2(t) … sn(t)]T,S(t)=[S1(t) S2(t) … Sn(t)]T,因为q≠0是常数,所以矩阵Q是不可逆的,得:其中:

其中 和 分别是 和ξi(t)的上界和下界; 和 分别是扰动上界估计和扰动下界估计的最大值;和 分别是 和ξi(t)的上界和下界; 和 分别是扰动上界估计和扰动下界估计的最大值;

由于末尾车辆没有跟随车辆,所以当i=n时,跟随车控制器设计为:和 的自适应律设计成如下形式:

其中ηi>0,i=1,2,...,n,并且μi被定义为: