计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法技术

本说明书实施例提供了一种计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法

【技术实现步骤摘要】
计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法、装置及介质


[0001]本专利技术涉及汽车巡航控制
，尤其涉及一种计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法
、
装置
、
设备及介质
。

技术介绍

[0002]汽车巡航控制系统是一个本质非线性系统，汽车在行驶过程中受到路面坡度
、
空气阻力等外界因素干扰，因而基于实时不变系统得到的控制方法就难以在各种工况下取得良好的效果，解决的办法是加入自适应环节，其控制方法能随各种因素的变化而实时地加以调整，以适应复杂多变的行驶工况
。
自适应巡航控制的汽车安全辅助驾驶系统，在传统定速巡航功能的基础上根据前方交通情况和驾驶员设定的速度来实现自动控制车辆速度
。
[0003]目前，汽车自适应巡航非线性系统主要利用传感器和控制系统来感知车辆周围的环境，并根据预设的巡航速度来调整油门
、
刹车和变速器等车辆控制系统
。
传统控制算法往往无法充分考虑到空气阻力对车辆行驶的影响，在实际应用中可能存在一定的局限性
。
[0004]有鉴于此，亟需提供一种能够达到良好运动控制效果，同时能够解决车辆行驶过程中存在的未知空气阻力问题以及常规滑模控制中带来的控制器输入抖震问题的方法
。

技术实现思路

[0005]为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种计及空气阻力的自适应巡航非线性控制和装置，以解决相关技术中车辆行驶过程中存在的未知空气阻力以及常规滑模控制中带来的控制器输入抖震的技术问题
。
[0006]本说明书一个或多个实施例提供了一种计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法，包括：
[0007]建立汽车自适应巡航非线性系统的动力学模型；
[0008]根据所述动力学模型，采用反演设计与滑模控制法设计非线性跟踪控制器；
[0009]采用李雅普诺夫稳定理论，分析非线性跟踪控制器的稳定性，用以实现汽车自适应巡航非线性控制器的稳定性
。
[0010]进一步地，所述动力学模型，具体为：
[0011][0012][0013]其中，
m
为汽车质量，
v
为汽车行驶速度，
F
w
表示汽车行驶过程中受到的空气阻力，
C
D
为空气阻力系数，
A
为迎风面积，
ρ
为空气密度，
F
t
表示汽车行驶的驱动力
。
[0014]进一步地，所述采用反演设计与滑模控制法设计非线性跟踪控制器具体为：
[0015]先根据所述动力学模型建立状态方程；
[0016]再通过反演设计分别设计第一李雅普诺夫函数为
V1与第二李雅普诺夫函数为
V2，再根据
Lyapunov
稳定定理设计得到对应的自适应律和动态滑模控制器；其中，
[0017]状态方程为：
[0018][0019][0020]式中，
K
为不确定性参数，
u
为控制输入；
[0021]设计滑模函数为：其中
c>0
，
e
＝
x
‑
x
d
，
x
d
为期望参考信号；
[0022]第一李雅普诺夫函数为：误差变量误差变量为
K
的第一个估计值；
[0023]第二李雅普诺夫函数为：其中，
γ2>0
，误差变量，误差变量为
K
的第二个估计值；
[0024]设计控制器输入的导数为：设计控制器输入的导数为：
[0025]进一步地，所述采用李雅普诺夫稳定理论，分析非线性跟踪控制器的稳定性，具体为：
[0026]根据控制器的李雅普诺夫函数为：
[0027][0028][0029]设定验证函数
W(t)
为：
[0030]W(t)
＝
ce2+k1s2+k2|s|≥0
；
[0031]则有，
[0032][0033]由于
e
，
s
，都是有界的，则是有界，
W(t)
是一致连续的，根据李雅普诺夫稳定理论，当
t
→
∞
时，
W(t)
→0，此时
e
→
0。
[0034]本说明书一个或多个实施例还提供了一种计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法，包括：
[0035]动力学模型构建模块，用于建立汽车自适应巡航非线性系统的动力学模型；
[0036]非线性跟踪控制器设计模块，用于根据所述动力学模型，采用反演设计与滑模控制法设计非线性跟踪控制器；
[0037]稳定性分析模块，用于采用李雅普诺夫稳定理论，分析非线性跟踪控制器的稳定
性，用以实现汽车自适应巡航非线性控制器的稳定性
。
[0038]本说明书一个或多个实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器
、
处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法
。
[0039]本说明书一个或多个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法的步骤
。
[0040]本专利技术提供的计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法
、
装置及介质，通过考虑空气阻力构建动力学模型的基础上，基于反演设计的自适应动态滑模方法在动态滑模控制基础上，通过反演法，逐步得到动态控制律和自适应律，能够解决车辆行驶过程中存在的未知空气阻力问题，通过结合自适应控制和动态滑模控制，能使汽车达到良好的自适应巡航效果；在动态滑模控制律设计中，将常规滑模变结构控制中的切换函数通过微分环节构成新的切换函数，将不连续项转移到控制的一阶或高阶导数中去，得到在时间上本质连续的动态滑模控制律，提高了系统对参数变化的鲁棒性和灵敏度，有效降低常规滑模控制带来的控制器输入抖震问题；在自适应设计中，通过对传感器的参数估计，得到被控制对象的参数，保证整个闭环系统的全局渐进稳定性；达到稳态后，汽车的动态特性是一种理想模式，补偿了制造误差和环境干扰
。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法，其特征在于，包括：建立汽车自适应巡航非线性系统的动力学模型；根据所述动力学模型，采用反演设计与滑模控制法设计非线性跟踪控制器；采用
Lyapunov
稳定理论，分析非线性跟踪控制器的稳定性，用以实现汽车自适应巡航非线性控制器的稳定性
。2.
根据权利要求1所述的计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法，其特征在于，所述动力学模型，具体为：述动力学模型，具体为：其中，
m
为汽车质量，
v
为汽车行驶速度，
F
w
表示汽车行驶过程中受到的空气阻力，
C
D
为空气阻力系数，
A
为迎风面积，
ρ
为空气密度，
F
t
表示汽车行驶的驱动力
。3.
根据权利要求2所述的计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法，其特征在于，所述采用反演设计与滑模控制法设计非线性跟踪控制器具体为：先根据所述动力学模型建立状态方程；再通过反演设计分别设计第一李雅普诺夫函数为
V1与第二李雅普诺夫函数为
V2，再根据
Lyapunov
稳定定理设计得到对应的自适应律和动态滑模控制器；其中，状态方程为：状态方程为：
x
＝
v
；式中，
K
为不确定性参数，
u
为控制输入；设计滑模函数为：其中，
c>0
，
e
＝
x
‑
x
d
，
x
d
为期望参考信号；第一
Lyapunov
函数为：误差变量误差变量为
K
的第一个估计值；第二
Lyapunov
函数为：误差变量误差变量误差变量为
K
的第二个估计值；设计控制器输入的导数为：设计控制器输入的导数为：
4.
根据权利要求3所述的计及空气阻力的自适应巡航非线性控制方法，其特征在于，所述采用李雅普诺夫稳定理论，分析非线性跟踪控制器的稳定性，具体为：根据控制器的李雅普诺夫函数为：
设定验证函数
W(t)
为：
W(t)
＝
ce2+k1s2+k2|s|≥0
；则有，由于
e
，
s
，都是有界的，则是有界，
W(t)
是一致连续的，根据
Lyapunov
稳定理论，当
t
→
∞
时，
W(t)
→0，此时
e
→
0。5.
计及空气阻力的自适应巡航非线性控制装置，计及空气阻力的自适应巡航非线性控制，其特征在于，包括：动力学模型构建模块，用于建立汽车自适应巡航非线性系统的动力学模型；非线性跟踪控制器设计模块，用于根据所述动力学模型，采用反演设计与滑模控制法设计非线性跟踪控制器；稳定性分析模块，用于采用

【专利技术属性】
技术研发人员：张晋华，陈政豪，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：