一种基于预设性能函数的有限时间车队控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于预设性能函数的有限时间车队控制方法，涉及车辆队列控制技术领域。该方法首先根据车辆运行情况，建立车队动力学模型，并将车辆动态表示为三阶非线性模型；再构造车队中车辆间的间距误差，并设置间距误差限制条件，进而确定车队的控制目标；最后利用反步法，以RBF神经网络拟合表示车辆动态的三阶非线性模型中的非线性函数的非线性部分，并基于车辆间的间距误差设计有限时间车队控制器，实现对车队的稳定控制。本发明专利技术方法考虑了对车间距进行限制，采用预设性能控制方法使得间距误差在有限范围内变换，既保证了车辆间的通信又防止了碰撞事故。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预设性能函数的有限时间车队控制方法
本专利技术涉及车辆队列控制
，尤其涉及一种基于预设性能函数的有限时间车队控制方法。
技术介绍
近年来，自主车队的纵向控制得到了深入研究，Yue等研究了传感器距离受限的自主车队纵向控制，采用分段非线性函数描述传感器距离约束，基于扰动观测器及反步法设计了鲁棒非线性控制器，同时实现了单车稳定及队列稳定。但针对相邻车辆间存在间距约束时，上述方法不再适用。为此，很多学者针对相邻车辆间间距受限问题展开研究。Huang等研究了有界相邻车辆间距误差约束的车队控制，给定一种有界间距误差的数学转换机制，基于该机制，设计了分布式控制算法，保证了单车稳定性及车队稳定性。Guo等研究了预设性能约束下的车队控制，采用预设性能函数机制处理了预设性能约束问题，基于此，采用自适应滑模控制器，同时保证了单车稳定性、队列稳定性及强队列稳定性。但大部分文献没有考虑车队控制系统的收敛时间。然而，在实际车队控制系统中，收敛时间对系统整体性能影响巨大，收敛时间过长会导致系统的性能下降甚至不稳定，因此，关于车队控制系统收敛时间的研究具有重要的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于预设性能函数的有限时间车队控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、根据车辆运行情况，建立车队动力学模型，并将车辆动态表示为三阶非线性模型；/n步骤2、构造车队中车辆间的间距误差，并设置间距误差限制条件，进而确定车队的控制目标；/n步骤3、利用反步法，以RBF神经网络拟合表示车辆动态的三阶非线性模型中的非线性函数的非线性部分，并基于车辆间的间距误差设计有限时间车队控制器，实现对车队的稳定控制；/n步骤3.1、根据车辆间距误差设计车队控制器的基于间距误差的虚拟控制输入；/n步骤3.2：定义速度跟踪误差，跟踪设计的基于间距误差的虚拟控制输入，进而设计车队控制器的基于速度跟踪误差的...

【技术特征摘要】
1.一种基于预设性能函数的有限时间车队控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、根据车辆运行情况，建立车队动力学模型，并将车辆动态表示为三阶非线性模型；
步骤2、构造车队中车辆间的间距误差，并设置间距误差限制条件，进而确定车队的控制目标；
步骤3、利用反步法，以RBF神经网络拟合表示车辆动态的三阶非线性模型中的非线性函数的非线性部分，并基于车辆间的间距误差设计有限时间车队控制器，实现对车队的稳定控制；
步骤3.1、根据车辆间距误差设计车队控制器的基于间距误差的虚拟控制输入；
步骤3.2：定义速度跟踪误差，跟踪设计的基于间距误差的虚拟控制输入，进而设计车队控制器的基于速度跟踪误差的虚拟控制输入；
步骤3.3：在基于速度跟踪误差的虚拟控制输入的基础上定义车辆的加速度跟踪误差，设计车队控制器的实际控制输入，完成车队控制器的设计。


2.根据权利要求1所述的一种基于预设性能函数的有限时间车队控制方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：
由N辆车组成的车队，以i为车辆标号，其中领队车标号为0，即i＝0,1,…,N-1，则车队的动力学模型如下公式所示：



其中，pi(t)，vi(t)，mi分别为第i辆车的位置、速度及质量信息，t为时刻，Fe,i(t)为第i辆车的发动机产生的驱动力，ζi为第i辆车发动机常数，ui(t)为第i辆车的实际控制输入，Fg,i(t)＝migsin(θ(t))为第i辆车由于重力而产生的水平方向分力，g为重力加速度，θ为道路坡度，Fr,i(t)＝crmigcos(θ(t))、分别为第i辆车受到的滑动摩擦力和空气阻力，cr为滑动摩擦系数，ρ为空气密度，Ai为第i辆车的横截面积，c(di)为第i辆车的拽力系数，如下公式所示：



其中，cd为标准拽力系数，0<ηi<1代表由于车辆编队而减少后的空气拽力，di为第i辆车与第i-1辆车之间的间距；
同时，将车辆动态表示为如下三阶非线性模型：



其中，ai为第i辆车的加速度，fi(vi,ai)和hi分别为：






将式(3)改写为如下形式：



其中，为非线性函数，为hi的确定性部分。


3.根据权利要求2所述的一种基于预设性能函数的有限时间车队控制方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：
所述车辆间的间距如下公式所示：
di＝pi-1-pi-li(5)
其中，pi、pi-1分别为第i辆车和第i-1辆车的位置，li为第i辆车的长度；
设定车辆间的间距满足以下约束条件：
(1)为了防止碰撞事故，车辆间的间距满足：
di>di,col(6)
其中，di,col>0为满足车辆间安全行驶的最小安全距离；
(2)为保证车队中前后车在传感器有效范围内，车辆间的间距满足：
di<di,con(7)
其中，di,con>0为维持前后车正常通讯的最大车间距；
定义车辆间的间距误差如下公式所示：
edi＝di-di,des(8)
其中，edi为第i辆车与第i-1辆车之间的间距误差，di,des为期望车间距，且满足0<di,col<di,des<di,con；
为了使车辆间距满足约束条件，则设置车辆间的间距误差edi满足以下限制条件：
di,col-di,des≤edi≤di,con-di,des(9)
对车辆间的间距误差edi瞬态响应设定如下规定的性能约束：



其中，0≤γ1...

【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