申请/专利权人：辽宁工业大学

申请日：2021-02-08

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN112947442B

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43;G05D1/633;G05D1/692;G05D109/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2021.07.02#实质审查的生效;2021.06.11#公开

摘要：本发明公开了一种有限时间收敛车辆编队控制器及设计方法，通过给出领队车辆当前位姿和跟随车辆所要追踪的虚拟目标车辆的参考位姿为，经过控制问题转化模块得到误差系统得到误差位姿，将转化得到的误差系统结合反步递推技术得到带有分数幂参数的中间控制律和，转化后的误差系统再通过结合中间控制律得到带有分数幂的有限时间实际控制律，最后将实际控制律返回给转化后的误差系统，从而使得误差系统在有限时间内稳定，使得跟随车辆与领航车辆同步运动，实现对车辆编队系统的有效控制。

主权项：1.一种有限时间收敛车辆编队控制器的设计方法，其特征在于，包括：建立编队车辆运动模型；通过所述编队车辆运动模型得到车辆位姿信息；所述车辆位姿信息，包括：领航车辆、跟随车辆及虚拟目标车辆位姿信息；根据所述虚拟目标车辆与所述领航车辆的位姿信息得到所述虚拟目标车辆位姿；计算所述虚拟目标车辆位姿与领航车辆位姿的误差，并结合所述跟随车辆的坐标系得到转化后的误差系统；根据所述虚拟目标车辆位姿设计虚拟误差面；通过所述误差系统和虚拟误差面来计算中间控制变量；根据虚拟目标车辆位姿和所述中间控制量得到有限时间收敛的控制律；将所述控制律代入所述误差系统中，使得所述误差系统在有限时间内稳定，从而使得所述跟随车辆与所述领航车辆同步运动；建立编队车辆运动模型，包括：所述编队任一车辆的运动模型表示为： 将任一车辆的重心设定为x,y，所述车辆的后轮重心x1,y1到车辆重心距离与所述车辆前轮重心x2,y2到车辆重心距离相等，均为所述车辆的轴间距的一半，表示为：X＝b1x+b2y+c1cosθ-c2sinθ2式中，X＝[x1,x2,y1,y2]Τ，b1＝[1,1,0,0]Τ，b2＝[0,0,1,1]Τ，c1＝[-l2,l2,0,0]Τ，c2＝[0,0,l2,l2]Τ；通过对式2计算，得到车辆约束关系： 式中，车辆的位姿由向量表示，x和y表示车辆在坐标系中的位置坐标，θ为车体对x轴的倾斜角，为前轮对车体的转向角；v1是汽车后轮的前进速度，v2是前轮的侧转向角速度，l表示前轮与后轮的轴间距；所述根据所述虚拟目标车辆与所述领航车辆的位姿信息得到所述虚拟目标车辆位姿；计算所述虚拟目标车辆位姿与领航车辆位姿的误差，并结合所述跟随车辆的坐标系得到转化后的误差系统，包括：建立车辆编队位姿误差方程为： 式中，所述领航车辆当前位姿为控制输入为[u1,u2]Τ，所述跟随车辆所要跟随的所述虚拟目标车辆的参考位姿为控制输入为[uv1,uv2]Τ，位姿误差为所述转化后的误差系统描述为： 式中，uv1是虚拟目标车辆后轮的前进速度，uv2是虚拟目标车辆前轮的侧转向角速度，为领航车辆前轮对车体的转向角，虚拟目标车辆前轮对车体的转向角，u1，u2为控制率；所述根据所述虚拟目标车辆位姿设计虚拟误差面，包括：根据所述车辆后轮在坐标系中的位姿误差坐标xe和ye、车体对x轴坐标的位姿误差倾斜角θe，前轮对车体的位姿误差转向角设计虚拟误差面为： 其中，α为引入的中间控制变量；所述通过所述误差系统和虚拟误差面来计算中间控制变量，包括：通过二次李雅普诺夫方程对所述虚拟误差面求导，中间控制变量α的形式为： 式中，k2，k3是正设计参数，ρ是正分数幂参数，且12＜ρ＜1；通过所述误差系统和所述虚拟误差面来获取虚拟误差面的导数，表示为： 式中，g1·＝uv1cosζ3+αζ2-u1，g2·＝uv1sinζ3-αζ1，h1·＝ζ2，h2·＝-ζ1，h3·＝-1；令为中间控制变量，根据李雅普诺夫稳定性理论设计中间控制变量β，表示为： 其中，k4是正设计参数；所述根据虚拟目标车辆位姿和所述中间控制量得到有限时间收敛的控制律，包括：根据式5、式7及式9，得到所述误差系统在有限时间收敛的控制律u1和u2，表示为： 式中，k1是正设计参数，sgn·是符号函数。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 辽宁工业大学 一种有限时间收敛车辆编队控制器及设计方法

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