[發(fā)明專利]協(xié)同自適應(yīng)巡航控制魯棒容錯(cuò)方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110791133.5
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113589690B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅禹貢;王博;鐘志華;李克強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃玉霞

1.一種協(xié)同自適應(yīng)巡航控制魯棒容錯(cuò)方法，其特征在于，包括以下步驟：

構(gòu)造帶有非線性系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)、多源未知外界干擾和雷達(dá)性能缺陷、執(zhí)行控制性能缺陷的協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；

設(shè)計(jì)CACC-SOTIF魯棒非脆弱動(dòng)態(tài)輸出反饋H∞主動(dòng)容錯(cuò)控制器，并將控制率帶回所述協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，以狀態(tài)、動(dòng)態(tài)輸出反饋中間變量為增廣狀態(tài)，構(gòu)造帶有干擾估計(jì)誤差、雷達(dá)性能缺陷的估計(jì)誤差、執(zhí)行控制性能缺陷估計(jì)誤差和未知干擾的增廣閉環(huán)系統(tǒng)；以及

求解所述CACC-SOTIF魯棒非脆弱動(dòng)態(tài)輸出反饋H∞主動(dòng)容錯(cuò)控制器的增益，使所述帶有干擾估計(jì)誤差、雷達(dá)性能缺陷的估計(jì)誤差、執(zhí)行控制性能缺陷估計(jì)誤差和未知干擾的增廣閉環(huán)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定條件，具有H∞性能；

所述協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中的協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)表達(dá)式為：

y(t)＝Cx(t)+Ff_s(t)+D₂d(t)，

其中，x(t)＝[ε(t)?Δv(t)?a(t)]^T為系統(tǒng)狀態(tài)，ε相對距離誤差，Δv為相對速度，a為自車加速度，為系統(tǒng)矩陣，h為車頭時(shí)距，ζ為發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)，D₁為系統(tǒng)未知外界干擾矩陣，g(A，t)為系統(tǒng)非線性時(shí)變參數(shù)攝動(dòng)；為輸入矩陣，u(t)為控制輸入，d(t)為未知外界干擾，E＝B₁為執(zhí)行控制性能缺陷矩陣，f_a(t)為執(zhí)行控制性能缺陷，y(t)為測量輸出，C，D₂和F分別為原始系統(tǒng)的輸出矩陣、測量未知外界干擾矩陣和雷達(dá)性能缺陷矩陣，f_s(t)為雷達(dá)性能缺陷；

所述CACC-SOTIF魯棒非脆弱動(dòng)態(tài)輸出反饋H∞主動(dòng)容錯(cuò)控制器的表達(dá)式為：

其中，A_k，B_k，C_k，D_k均為控制器增益，h(C_k，t)為控制器增益C_k的非線性時(shí)變攝動(dòng)，B^*為B₁為偽逆矩陣，N_s滿足B₁N_s＝D₁₁，D₁₁為D₁中的匹配部分，為未知外界干擾的估計(jì)，為雷達(dá)性能缺陷的估計(jì)，為執(zhí)行控制性能缺陷的估計(jì)，η(t)為協(xié)同式自適應(yīng)魯棒容錯(cuò)的狀態(tài)；

所述增廣閉環(huán)系統(tǒng)的表達(dá)式為：

其中，e_d(t)為干擾估計(jì)誤差，e_fs(t)為雷達(dá)性能缺陷的估計(jì)誤差，e_fa(t)為執(zhí)行控制性能缺陷估計(jì)誤差，C_z為被控輸出矩陣。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解所述CACC-SOTIF魯棒非脆弱動(dòng)態(tài)輸出反饋H∞主動(dòng)容錯(cuò)控制器的增益，包括：

若增益攝動(dòng)為加法式攝動(dòng)，則通過最小化，求解第一滿足線性矩陣不等式和等式約束；

若所述增益攝動(dòng)為乘法式攝動(dòng)，則通過最小化，求解第二滿足線性矩陣不等式和等式約束；

其中，為干擾能量衰減的系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述增益的求解公式為：

其中，A_k，B_k，C_k，D_k為所述CACC-SOTIF魯棒非脆弱動(dòng)態(tài)輸出反饋H∞主動(dòng)容錯(cuò)控制器的增益。

4.一種協(xié)同自適應(yīng)巡航控制魯棒容錯(cuò)裝置，其特征在于，包括：

構(gòu)造模塊，用于構(gòu)造帶有非線性系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)、多源未知外界干擾和雷達(dá)性能缺陷、執(zhí)行控制性能缺陷的協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；

設(shè)計(jì)模塊，用于設(shè)計(jì)CACC-SOTIF魯棒非脆弱動(dòng)態(tài)輸出反饋H∞主動(dòng)容錯(cuò)控制器，并將控制率帶回所述協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，以狀態(tài)、動(dòng)態(tài)輸出反饋中間變量為增廣狀態(tài)，構(gòu)造帶有干擾估計(jì)誤差、雷達(dá)性能缺陷的估計(jì)誤差、執(zhí)行控制性能缺陷估計(jì)誤差和未知干擾的增廣閉環(huán)系統(tǒng)；以及

計(jì)算模塊，用于求解所述CACC-SOTIF魯棒非脆弱動(dòng)態(tài)輸出反饋H∞主動(dòng)容錯(cuò)控制器的增益，使所述帶有干擾估計(jì)誤差、雷達(dá)性能缺陷的估計(jì)誤差、執(zhí)行控制性能缺陷估計(jì)誤差和未知干擾的增廣閉環(huán)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定條件，具有H∞性能；

所述協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中的協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)表達(dá)式為：

y(t)＝Cx(t)+Ff_s(t)+D₂d(t)，

其中，x(t)＝[ε(t)?Δv(t)?a(t)]^T為系統(tǒng)狀態(tài)，ε相對距離誤差，Δv為相對速度，a為自車加速度，為系統(tǒng)矩陣，h為車頭時(shí)距，ζ為發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)，D₁為系統(tǒng)未知外界干擾矩陣，g(A，t)為系統(tǒng)非線性時(shí)變參數(shù)攝動(dòng)；為輸入矩陣，u(t)為控制輸入，d(t)為未知外界干擾，E＝B₁為執(zhí)行控制性能缺陷矩陣，f_a(t)為執(zhí)行控制性能缺陷，y(t)為測量輸出，C，D₂和F分別為原始系統(tǒng)的輸出矩陣、測量未知外界干擾矩陣和雷達(dá)性能缺陷矩陣，f_s(t)為雷達(dá)性能缺陷；

所述CACC-SOTIF魯棒非脆弱動(dòng)態(tài)輸出反饋H∞主動(dòng)容錯(cuò)控制器的表達(dá)式為：

其中，A_k，B_k，C_k，D_k均為控制器增益，h(C_k，t)為控制器增益C_k的非線性時(shí)變攝動(dòng)，B^*為B₁為偽逆矩陣，N_s滿足B₁N_s＝D₁₁，D₁₁為D₁中的匹配部分，為未知外界干擾的估計(jì)，為雷達(dá)性能缺陷的估計(jì)，為執(zhí)行控制性能缺陷的估計(jì)，η(t)為協(xié)同式自適應(yīng)魯棒容錯(cuò)的狀態(tài)；

所述增廣閉環(huán)系統(tǒng)的表達(dá)式為：

其中，e_d(t)為干擾估計(jì)誤差，e_fs(t)為雷達(dá)性能缺陷的估計(jì)誤差，e_fa(t)為執(zhí)行控制性能缺陷估計(jì)誤差，C_z為被控輸出矩陣。