[發明專利]基于車輛隊列分布式有限時間自適應容錯控制方法及系統

在審

• 申請號: 202210634293.3
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114924488A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 韓金恒;張俊智;季園;何承坤
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 劉美麗

1.一種基于車輛隊列分布式有限時間自適應容錯控制方法，其特征在于包括：

構建車輛縱向運動學方程，獲得車輛隊列一致性誤差動力學方程；

設計基于車輛隊列一致性誤差滑模面及滑模面趨近律；

基于所述車隊協同制動一致性誤差方程及誤差滑模面，設置自適應參數估計律，基于最優參數自適應增益在線估計車輛故障程度，并根據車輛不同故障程度獲得在線車輛故障估計值；

聯合所述滑模面趨近律、車輛隊列一致性誤差動力學方程及在線車輛故障估計值，得到隊列分布式有限時間自適應容錯控制器，實現車隊在故障發生狀況的容錯控制。

2.根據權利要求1的基于車輛隊列分布式有限時間自適應容錯控制方法，其特征在于，第i輛車在車隊協同制動中的車輛縱向運動學方程為：

式中，m_i是第i輛車的質量，v_i是第i輛車的速度，θ_i表示車輛制動系統故障程度，u_i為第i輛車的制動力輸入，ρ是空氣密度，C_A是空阻系數，A_i是車輛的迎風面積，g是重力加速度，f為滾動阻尼系數。

3.根據權利要求2的基于車輛隊列分布式有限時間自適應容錯控制方法，其特征在于，基于車輛縱向運動學方程，引入制動安全距離約束，并根據車間通信拓撲結構，獲得車輛隊列一致性誤差動力學方程，包括：

式中，表示位置、速度同步誤差的導數，l_ij和b_i與車隊通信拓撲結構有關，當θ_i＝0時表示完全失效，f(t)是關于車輛風阻、滾動阻力以及路面非線性擾動的函數，是第j輛車的速度的導數，u₀是頭車的制動減速度輸入，u_i是第i輛車的制動減速度輸入n為隊列跟隨車輛數目。

4.根據權利要求1的基于車輛隊列分布式有限時間自適應容錯控制方法，其特征在于，設計基于車輛隊列一致性誤差滑模面及滑模面趨近律，包括：

基于車輛隊列一致性誤差滑模面s：

s＝e_i2+k₁e_i1+k₂|e_i1|^γsgn(e_i1)

滑模面趨近律為：

式中，e_i1，e_i2分別表示車輛位置同步誤差和速度同步誤差，k₁、k₂、k₃、k₄為控制器可調增益，均為大于零的實數，α,γ∈[0,1)為冪指數項。

5.根據權利要求4的基于車輛隊列分布式有限時間自適應容錯控制方法，其特征在于，隊列分布式有限時間自適應容錯控制器設計為：

其中，M_i為車輛廣義質量參數，變量ε_i為跟隨車i的擾動誤差，參數為故障實際程度θ的在線自適應估計值。

6.根據權利要求5的基于車輛隊列分布式有限時間自適應容錯控制方法，其特征在于，基于車隊協同制動一致性誤差方程及誤差滑模面，設置自適應參數估計律，基于最優參數自適應增益在線估計車輛故障程度，并根據車輛不同故障程度獲得在線車輛故障估計值，包括：

基于車隊協同制動一致性誤差方程及誤差滑模面，設置自適應參數估計律：

式中，P，Q為中間變量，H為變量，P,Q與故障程度θ的在線估計值的組合誤差變量；r為積分變量，l(t)為動態增益系數，其取值下限為l_L，上限為l_U；

設計帶折扣因子的積分二次型代價函數，通過求解代價函數最小，獲取最優參數自適應增益，提升對制動系統故障程度的在線估計響應性能。