一种欠驱动无人车的编队控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种欠驱动无人车的编队控制方法，所述方法包括：步骤1)利用无向图建立编队中各无人车之间的加权邻接矩阵，所述编队的无人车的个数为n；步骤2)根据无人车编队的队形要求计算每两个无人车的理想相对位置、实际相对位置和相对距离误差；步骤3)根据步骤1)和步骤2)设计第j个无人车的中间控制律uj，j＝1…n；步骤4)根据中间控制率uj计算每个无人车的理想角度θjd和理想速度αjd；步骤5)设计控制力矩τj，使第j个无人车的偏航角θj跟踪理想角度θjd；步骤6)设计控制力Fj，使第j个无人车的速度vj跟踪理想速度αjd。本发明专利技术的方法实现了多辆欠驱动无人车的编队控制，利用终端滑模技术使得无人车的姿态有限时间收敛，保证了跟踪的快速性。

Formation control method and system for underactuated unmanned vehicle

The present invention discloses a kind of underactuated unmanned vehicle formation control method, the method includes: Step 1) using undirected graph to establish weighted adjacency matrix between the unmanned vehicle fleet, the number of the fleet of unmanned vehicle n; step 2), the relative position of each of the two unmanned vehicle according to the calculation requirements of unmanned vehicle formation in the ideal of the actual relative position and relative distance error; step 3) according to step 1) and step 2) intermediate control law design for UJ J unmanned vehicle, j = 1... N; step 4) according to the ideal angle control rate UJ is calculated for each unmanned vehicle and the ideal speed alpha theta JD JD; step 5) design of control moment J, the J of the unmanned vehicle yaw angle tracking J ideal angle JD; step 6) design of control force of Fj, the first j no the speed of the vehicle VJ tracking ideal speed alpha jd. The method of the invention realizes the formation control of a plurality of under actuated unmanned vehicles, and makes use of the terminal sliding mode technique to make the attitude of the unmanned vehicle finite and converge in time, thus ensuring the rapidity of tracking.

【技术实现步骤摘要】
一种欠驱动无人车的编队控制方法及系统
本专利技术涉及欠驱动无人车控制领域，具体地，涉及一种欠驱动无人车的编队控制方法及系统。
技术介绍
多机器人的编队控制，即多个机器人以按照指定的队形以一个同样的速度向一个共同的目标运动。在道路交通领域，多辆车的编队行驶也得到了广泛的研究。相比于单个车辆独自执行任务，多辆车的编队行驶具有更强大的功能。首先，多辆车编队行驶，可以携带更多的设备，尤其是在检测任务中，能够提供更全面的监控对象的实时信息；此外，车辆的编队行驶提高了道路单位时间的车辆通行数量，可以使得车辆更高速的行驶，一定程度上可以缓解交通压力；最后，由于多个车辆的协同编队行驶，可以减小以及避免变道、刹车等行为，减少了燃料的消耗，可以缓解能源的问题，而且也能够减小交通事故的发生。但是，目前的欠驱动无人车的编队控制方法存在下述的两个问题：首先，现有的欠驱动无人车编队控制仅仅能够单独证明位置子系统以及姿态子系统的稳定性，由于两个子系统之间具有强耦合、非线性，导致了闭环系统的整体稳定性无法得到证明；常规的方法中，通过调整控制增益系数，来保证姿态子系统的收敛速度远大于位置子系统的收敛速度，闭环系统稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种欠驱动无人车的编队控制方法，所述方法包括：步骤1)利用无向图建立编队中各无人车之间的加权邻接矩阵，所述编队的无人车的个数为n；步骤2)根据无人车编队的队形要求计算每两个无人车的理想相对位置、实际相对位置和相对距离误差；步骤3)根据步骤1)和步骤2)设计第j个无人车的中间控制律uj，j＝1…n；步骤4)根据中间控制率uj计算每个无人车的理想角度θjd和理想速度αjd；步骤5)设计控制力矩τj，使第j个无人车的偏航角θj跟踪理想角度θjd；步骤6)设计控制力Fj，使第j个无人车的速度vj跟踪理想速度αjd。

【技术特征摘要】
1.一种欠驱动无人车的编队控制方法，所述方法包括：步骤1)利用无向图建立编队中各无人车之间的加权邻接矩阵，所述编队的无人车的个数为n；步骤2)根据无人车编队的队形要求计算每两个无人车的理想相对位置、实际相对位置和相对距离误差；步骤3)根据步骤1)和步骤2)设计第j个无人车的中间控制律uj，j＝1…n；步骤4)根据中间控制率uj计算每个无人车的理想角度θjd和理想速度αjd；步骤5)设计控制力矩τj，使第j个无人车的偏航角θj跟踪理想角度θjd；步骤6)设计控制力Fj，使第j个无人车的速度vj跟踪理想速度αjd。2.根据权利要求1所述的欠驱动无人车的编队控制方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：无向图表示为其中表示顶点的集合，用于描述编队中的无人车集合；表示成对节点的集合，称为边；表示加权邻接矩阵；如果一条边(j,k)∈ε，这表示第j个无人车和第k个无人车直接可以互相接收彼此之间的信息；加权无向图的加权邻接矩阵κ的向量定义为：上式中，kjk为权重，表示第j个无人车位置变化时对第k个无人车的影响。3.根据权利要求2所述的欠驱动无人车的编队控制方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：定义第j辆无人车的实际坐标值为pj＝(xj,yj)T，则第j个与第k个无人车之间的相对位置定义为pjk＝pj-pk；定义δj为第j个无人车在编队几何中的理想坐标值，δjk＝δj-δk为车辆之间参考相对位置的理想值，由此得到第j个与第k个无人车的相对距离误差为pjk-δjk。4.根据权利要求3所述的欠驱动无人车的编队控制方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：定义为给定的第j个无人车的参考速度矢量，设计第j个无人车的中间控制律为：其中，tanh(·)为双曲正切函数；c1＞0为常数；kpp为常数，kpp＞0。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锐，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11