【技术实现步骤摘要】
一种校园巡逻车自动控制与容错方法
[0001]本专利技术属于自动控制领域，尤其涉及一种校园巡逻车自动控制与容错方法。
技术介绍
[0002]校园巡逻车方案多采用有人驾驶的巡逻车，即针对校园道路和人流特征而设计的大学校园保安人员常用的交通巡逻工具。研究方向多为对电池、机械构造、电机匹配、能耗等进行设计与仿真。其中，外观设计与降低能耗方面研究的较为普遍。外观设计主要是基于空气动力学、机械结构与美学等原理而设计出的拥有自由行进与监控拍摄功能的巡逻车；能耗减低方面主要是通过改造巡逻车的结构或采用更匹配的电池、电机以达到降低电池功率的目的。
[0003]现有的校园巡逻车方案缺陷如下：一是设计方案多是基于有人驾驶的巡逻车来进行设计。但与自动控制巡逻的无人校园巡逻车相比，势必会设计的体积更大，能耗更高，难以控制成本。二是之前的无人巡逻车设计方案多注重于巡逻车硬件的设计与优化，而少有提及对自动控制的巡逻车控制方法的研究与设计，在校园巡逻车的控制系统方面存在一定的空白。三是缺乏容错系统。对于一个投入到实际应用的系统来讲，不可能绝对不出...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种校园巡逻车自动控制与容错方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：建立校园巡逻车的二自由度模型；步骤2：根据二自由度模型，针对校园巡逻车在稳态工作点处的状态空间模型，且稳态工作点附近模型参数未知但时不变的情况，采用Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应控制方法设计其控制系统。2.根据权利要求1所述的一种校园巡逻车自动控制与容错方法，其特征在于，步骤1所述校园巡逻车为四轮前驱车，由轮胎、电机、前置相机、车身、控制系统构成；车体的转弯过程是通过控制系统与电机的控制，由两个前轮进行一定角度的偏转实现的，偏转角度为前轮转角δ；车身上载有相机、电池和控制小车进行运动的单片机；相机自带有锂电池进行供电，车载电池为单片机和电机进行供电，电机与轮胎连接以控制巡逻车的前进与转向功能，电机的输出由单片机进行控制。3.根据权利要求1所述的一种校园巡逻车自动控制与容错方法，其特征在于，对于步骤1所述校园巡逻车车身坐标系的规定如下：设巡逻车前进方向为x轴，车身前进方向逆时针旋转90度为y轴，向上垂直方向为z轴；坐标原点在巡逻车的重心位置。4.根据权利要求1所述的一种校园巡逻车自动控制与容错方法，其特征在于，步骤1具体为：为了建立二自由度模型，做出以下假设：(1)直接以自动巡逻车的前轮转角δ作为输入；(2)车身只做平行于地面的平面运动，沿z轴的位移、绕y轴的俯仰角和绕x轴的侧倾角均为零，且z轴方向上左轮和右轮受到的力F
zl
＝F
zr
；(3)巡逻车沿x轴的前进速度u视为不变；(4)侧向加速度限定在0.4g以下，确保轮胎侧偏特性处于线性范围；(5)驱动力不大，不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性的影响，没有空气动力的作用；在以上的假设限制下，校园巡逻车被简化为只有侧向和横摆两个自由度的模型；对巡逻车进行受力分析，由∑F
(y,z)
＝a
(y,z)
*m得：其中，a，b分别为巡逻车前轮，后轮到质心的距离；k1，k2分别为巡逻车前轮，后轮的侧偏系数；ω
r
为巡逻车偏转的角速度；I
z
为巡逻车绕z轴旋转的转动惯量；β为质心侧偏角，且v为巡逻车的总速度；δ为前轮转角；由该式化简，得到该巡逻车的二自由度模型为：其中其中5.根据权利要求1所述的一种校园巡逻车自动控制与容错方法，其特征在于，步骤2具
体为：步骤2.1：首先计算校园巡逻车在稳定工作状态下的状态方程；步骤2.2：若稳定工作状态下的状态方程模型参数已知，根据校园巡逻车的状态方程模型和选取的参考模型来设计自适应控制系统；步骤2.3：针对校园巡逻车在稳定工作点处，难以获得稳定的数学模型即精确模型参数的情况，考虑基于Lyapunov稳定性的模型参考自适应控制方法来设计校园巡逻车的控制系统；通过自适应律可调参数的求取，使得被控对象即校园巡逻车的状态能够跟踪满足期望性能指标要求的参考模型的状态。6.根据权利要求5所述的一种校园巡逻车自动控制与容错方法，其特征在于，步骤2.1所述校园巡逻车在稳定工作状态下的状态方程模型为：其中，A
p
∈R2×2；B
p
∈R2×1，由于各种原因引起的建模误差，无法精确得到矩阵A
p
和B
p
；因此假设A
...
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