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专利号: 2021110540311
申请人: 东北大学秦皇岛分校
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-05-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑执行器饱和的基于反步法的车队有限时间协同控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

根据车辆运行情况,建立车队动力学模型;

采用固定时距策略构造车辆的跟踪误差,确定车队的控制目标:使跟踪误差能够在有限时间内收敛到零的小邻域内;

设计协同控制器,实现车队的控制目标。

2.根据权利要求1所述的考虑执行器饱和的基于反步法的车队有限时间协同控制方法,其特征在于,所述车队动力学模型包括领队车的动力学模型和跟随车的动力学模型。

3.根据权利要求2所述的考虑执行器饱和的基于反步法的车队有限时间协同控制方法,其特征在于,所述领队车的动力学模型为:其中,x0(t)、v0(t)、a0(t)分别为领队车0在t时刻的位置、速度和加速度信息;v0(t)和a0(t)为给定值。

4.根据权利要求2所述的考虑执行器饱和的基于反步法的车队有限时间协同控制方法,其特征在于,所述跟随车的动力学模型为:其中,xi(t)、vi(t)、ai(t)分别为跟随车i在t时刻的位置、速度和加速度信息;以及Δui=sat(ui(t))‑ui(t)      (6)其中,ui(t)为控制输入;ci(t)为发动/制动输入;τi为发动机时间常数;v为空气质量;

mi、Ai、Cdi和dmi分别为跟随车i的质量、横截面积、拽力系数和机械阻力; 为空气阻力;

ωi(t)为外部扰动,满足|ωi(t)|≤Di,Di为一正数; 为一正数;以及考虑执行器饱和,则控制输入ui(t)受限于非线性饱和:其中,uMi为控制输入的幅值,sgn代表符号函数,sat(ui(t))是饱和控制输入。

5.根据权利要求1所述的考虑执行器饱和的基于反步法的车队有限时间协同控制方法,其特征在于,所述采用固定时距策略构造车辆的跟踪误差为:ei(t)=xi‑1(t)‑xi(t)‑hvi(t)‑δi       (8)其中,xi‑1(t)为t时刻第i‑1辆车的位置信息,i=1,...,n;δi为车辆间的期望间距,h为固定时间。

6.根据权利要求1所述的考虑执行器饱和的基于反步法的车队有限时间协同控制方法,其特征在于,利用反步法和有限时间收敛理论设计协同控制器。

7.根据权利要求6所述的考虑执行器饱和的基于反步法的车队有限时间协同控制方法,其特征在于,所述利用反步法和有限时间收敛理论设计协同控制器的方法为:定义第一个虚拟误差:

zi1(t)=ei(t)=xi‑1(t)‑xi(t)‑hvi(t)‑δi     (9)定义第一个李雅普诺夫函数:

其中ki1,k′i1为待设计的正常数,αi为正常数并满足0<αi<1;

设计第一个虚拟控制输入αi1:其中ki1,k′i1为待设计的正常数,αi为正常数并满足0<αi<1;

根据第一个虚拟误差和第一个虚拟控制输入αi1定义第二个虚拟误差:zi2=vi‑1‑vi‑hai‑αi1      (13)基于以上,获得第一个李雅普诺夫函数Vi1的时间导数如下:定义第二个李雅普诺夫函数:

根据式(17),结合有限时间收敛理论,理想控制器设计如下:其中,ki2,k′i2为正的待设计参数;

使用径向基神经网络RBFNN对非线性函数fi(vi,ai,t)进行近似,得到:*T

fi(vi,ai,t)=Wi Si(Zi)+∈i(Zi)      (19)*T

其中,Wi 为理想的权重向量;Si(Zi)为高斯函数向量;∈i(Zi)为重构误差,满足为一正常数;

目标权重矩阵Wi使用其估计值 从而实际的控制器设计如下:自适应律为:

其中,Γ为待设计参数,Γ>0。