利索能及
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专利号: 2022106577638
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种协同自适应巡航控制系统的输入饱和无源化控制方法,其特征在于包括如下步骤:a、建立车辆队列含扰动的线性系统模型;

在步骤a中根据可变车距、恒定车头时距,车辆间的通信方式和通信延迟之间的关系,将该系统建模成含扰动的线性系统;

b、为保证队列的稳定性,使所有跟随车辆的加速度逐车递减,将队列稳定性条件转换为输入饱和约束;

c、采用无源化方法,设计含输入饱和的控制器以保证队列的稳定性;

在步骤c中根据黎卡提方程,李雅普诺夫稳定理论和矩阵理论,设计系统的一种无源控制器ui;

d、最后验证设计的输入饱和无源化控制方法的有效性。

2.根据权利要求1所述的一种协同自适应巡航控制系统的输入饱和无源化控制方法,其特征在于:步骤a的具体操作为:

步骤1.1、选取适合本文计算的期望车间距:di,e=τh,ivi(t)+d0式中:τh,i是车头时距,为正常数;vi(t)是第i辆车的速度;t是时间,d0是第i辆车与前方第i‑1辆车停止后的最小安全距离,通常取2m~4m;

步骤1.2、根据队列纵向运动示意图,可得前车和后车的纵向运动学关系:式中,Δdi是车间距误差;di,di,e分别是第i辆车与第i‑1辆车的实际车间距和期望车间距;Δvi是第i车与第i‑1辆车之间的相对速度;

步骤1.3、车辆的实际加速度与期望加速度间的关系: 式中:ai,ai,e分别是实际加速度和期望加速度,τi是时间常数,kL,i是系统增益;

基于以上3点可建立车间的运动学状态方程:式中, ωi=ai‑1为扰动,ui(t)=ai,e是控制输入。

3.根据权利要求2所述的一种协同自适应巡航控制系统的输入饱和无源化控制方法,其特征在于:在步骤b中研究协同自适应巡航控制系统时,首先要保证队列的稳定性,这时定义队列的稳定性为: 并将队列的稳定性条件视为队列车辆输入的饱和约束,可用输入饱和函数表示为 umax是ui的上界,‑umin是ui的下界,然后建立含输入饱和、扰动的模型,所以系统的状态空间表达式是:式中,yi(t)是系统输出,Ci和D2i是适当维数的矩阵。

4.根据权利要求3所述的一种协同自适应巡航控制系统的输入饱和无源化控制方法,其特征在于,步骤c的具体方式为:若存在半正定函数Vi(xi(t))和正定函数Wi(xi(t)),使得:成立,则系统是严格无源的;

然后选取合适的正定矩阵Qi,Ri,根据黎卡提方程:T ‑1 T

AiPi+PiAi‑PiBiRi BiPi+Qi=0,求得唯一正定解Pi;

再根据 求得控制器,然后验证所求的控制器是否是无源控制器;

验证条件:

1)、Ai,Bi能控;

2)、

T

其中,λmin(·)表示矩阵的最小特征值,通过构造存储函数:Vi(xi)=xi Pixi,然后对其求导代入,可验证Pi满足条件。

5.根据权利要求1所述的一种协同自适应巡航控制系统的输入饱和无源化控制方法,其特征在于,步骤d具体方式为:验证所设计的控制器在有扰动的情况下,是否仍能保持队列的稳定性,验证过程如下:分别搭建匀质和异质队列模型,在两种模型中,对比与最优控制器下的暂态指标。