[發明專利]一種具有預設瞬穩態性能的有限時間車輛編隊控制方法

有效

• 申請號: 202110658895.8
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113359733B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 郭戈;張茜;高振宇
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種具有預設瞬穩態性能的有限時間車輛編隊控制方法，針對車輛模型內部和外部不確定性構造有限時間擾動觀測器，在控制中有效補償擾動所造成的影響，考慮車載傳感器的局限性，預設車輛相對距離和相對方向角的瞬穩態性能，基于擾動觀測器、預設性能指標及有限時間控制理論設計與初始誤差為零與否無關的縱橫向一體化有限時間車輛編隊控制器，使得跟蹤誤差在預設區域內變化并在有限時間內收斂，保證車輛連通性且避免碰撞；本發明中的控制方法可同時解決對稱和非對稱性能約束問題，當性能指標無限制時，該控制方法也可推廣到無性能約束的車輛協作控制系統。

技術領域

本發明涉及車輛協同控制技術領域，具體涉及一種具有預設瞬穩態性能的有限時間車輛編隊控制方法。

背景技術

車輛協同控制是指車輛通過車載傳感器等通信設備，獲取周圍車輛信息，并與之配合完成所規定的任務。與車輛單獨控制相比，車輛協同控制可增強道路安全、提高公路效用、提升交通效率、減少燃油消耗，具有重要意義。車輛編隊跟蹤控制作為車輛協同控制領域的重要分支，近年來備受關注。Cai等人(文獻：Cai X,Queiroz M D.Adaptive rigidity-based formation control for multirobotic vehicles with dynamics[J].IEEETransactions on Control Systems Technology,2014,23(1):389-396.)明確車輛動力學，設計基于剛性圖論的縱橫向一體化的車輛編隊控制器以實現所需要的車輛編隊構型。Sawant等人(文獻：Sawant J,Chaskar U,Ginoya D.Robust control of cooperativeadaptive cruise control in the absence of information about preceding vehicleacceleration[J].IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2020.)考慮車輛執行機構動力學和前車加速度中的不確定性，設計擾動觀測器以補償不確定性所造成的影響。Dai等人(文獻：Dai S L,He S,Chen X,et al.Adaptive leader-follower formation control of nonholonomic mobile robots with prescribedtransient and steady-state performance[J].IEEE Transactions on IndustrialInformatics,2019,16(6):3662-3671.)考慮車載傳感器感知能力的局限性，引入避障李雅普諾夫函數以控制編隊誤差在預定義的區域內變化并漸進收斂到零。Li等人(文獻：Li D,Guo G.Prescribed performance concurrent control of connected vehicles withnonlinear third-order dynamics[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2020.)提出一種針對縱向車隊的不受初始跟蹤誤差符號限制的預設性能控制方法；該方法可保證輸出跟蹤誤差始終停留在由期望性能函數所限定的區域內。但上述研究內容皆為漸進穩定，即當時間趨于無窮大時，編隊誤差收斂到零。然而在實際應用中對系統的控制精度的收斂速度要求較高，若響應速率過慢，則無法保證有效的控制性能。為提高響應速率，Wang等人(文獻：Wang F,Chen B,Lin C,et al.Adaptive neural network finite-timeoutput feedback control of quantized nonlinear systems[J].IEEE Transactionson Cybernetics,2018,48(6):1839-1848.)研究有限時間跟蹤控制問題，并提出一種新的有限時間穩定判據。