基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法，涉及同构车队控制技术领域。该方法构建车队三阶动力学模型，在实现车队中各车辆保持合理的车间距的同时，确保车辆迅速平稳地停到指定停车位置，分别设计了领队车的控制器和跟随车的协同控制器，并设计了终端滑模面，为了能够分析车队的队列稳定性，对滑模面进行了改进。本发明专利技术使用李雅普诺夫方法对车队的收敛性进行分析，并利用传递函数方法对车队的串稳定性进行了分析。仿真结果验证了所提方法的有效性。

【技术实现步骤摘要】
基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法
本专利技术涉及同构车队控制
，尤其涉及一种基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法。
技术介绍
车队在制动过程中始终要保持合理的车间距，车队间距过大或者过小都会对车队的运行产生不利的影响，同时要确保车队中各车辆能够迅速平稳地停到指定停车位置(TSP)，还要保证车队实现队列稳定性。近年来，对车队制动控制的研究少之又少。在车队协同制动控制方面，Liu和Xu提出了一种基于双积分器的分布式线性控制协议，在制动过程中，使车队中各车辆停到期望的TSPs处。之后，Liu等人在考虑车队内部虚拟力和外部制动力的情况下，进一步分析了具有分布式线性反馈动力学的车队协同制动控制的收敛性。Xu等人提出了一种基于非线性反馈的协同制动控制方法，研究了通信拓扑对车队安全的影响。Li等人提出了一种车队积分滑模协同制动控制方法，在分析了车队收敛性的同时，也对车队队列稳定性进行了证明。迄今为止的文献综述表明，在车队制动控制方面的挑战源于车队中车辆之间的相互作用。然而，上述研究提出的线性控制策略并不能充分描述车辆的动力学特性，也不能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、根据车队中车辆自身信息，包括位置信息、速度信息、加速度信息，构造固定时间间距策略，并采用双向通信结构建立车辆纵向动力学模型；/n步骤2、设整个车队由1个领队车和n-1个跟随车组成，且不存在两个车并排行驶的情况，分别构建领队车和跟随车的控制器；/n步骤3、针对领队车的行驶数据构建微分方程，验证领队车的收敛性；/n

【技术特征摘要】
1.一种基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、根据车队中车辆自身信息，包括位置信息、速度信息、加速度信息，构造固定时间间距策略，并采用双向通信结构建立车辆纵向动力学模型；
步骤2、设整个车队由1个领队车和n-1个跟随车组成，且不存在两个车并排行驶的情况，分别构建领队车和跟随车的控制器；
步骤3、针对领队车的行驶数据构建微分方程，验证领队车的收敛性；



其中p0(t)是领队车在t时刻的位置，q0(t)是领队车的指定停车位置TSP，为领队车控制器增益并且
等式的解为：



其中p0'(t)是特殊解，是一般解，C为常数解，推导出：






领队车的速度为：



结合上述公式得到
步骤4、设计自适应率，并选取李雅普诺夫函数验证跟随车的收敛性；
在车队终端滑模协同制动控制器下，如果参数满足c1＞0，c2＞0，那么车队是李雅普诺夫稳定的，同时得到：



李雅普诺夫函数V1(t)如下：



对其求导得：



其中和ξi是固定上界和固定下界，有
由步骤2有：



推导得：



其中k为跟随车控制器增益，因此有：



因为所以V1(t)是一个非递增函数，V1(t)≤V1(0)＜∞，有：



其中ξi(t)，和因为V1(t)∈R∞，R∞为正实数域，Si(t)∈R∞，有si(t)，si+1(t)∈R∞；因为ei(t)，并且sgn(Si(t)∈R∞，所以有ui(t)∈R∞，有因此，是一致连续的；根据下式，得到




其中Q是可逆的，遵循S＝0和s＝0的等价性；得到当t→∞时，si＝0，si+1＝0；
步骤5、验证车队的队列稳定性，完成对整个车队的协同制动控制；
若ei(0)＝0，0＜|q|＜1，那么在终端滑模控制控制器TSM下，车队的串稳定性被保证，即：
||Gi(s)||＝||Ei+1(s)/Ei(s)||≤1
其中Gi(s)为误差传递函数，Ei(s)为误差ei(t)的拉普拉斯变换；
根据步骤4得Si(t)＝qsi(t)-si+1(t)收敛到零，令Si(t)＝0，有：



对上式作拉普拉斯变换得：






最终得到：



因为0＜α1＜1，所以当0＜|q|＜1时，||Gi(s)||≤1。


2.根据权利要求1所述的一种基于滑模控制理论的车队协同制动控制方法，其特征在于，步骤1所述车...

【专利技术属性】
技术研发人员：高振宇，郭戈，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北;13