[发明专利]一种欠驱动无人车的编队控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种欠驱动无人车的编队控制方法，所述方法包括：步骤1)利用无向图建立编队中各无人车之间的加权邻接矩阵，所述编队的无人车的个数为n；步骤2)根据无人车编队的队形要求计算每两个无人车的理想相对位置、实际相对位置和相对距离误差；步骤3)根据步骤1)和步骤2)设计第j个无人车的中间控制律u_j，j＝1…n；步骤4)根据中间控制率u_j计算每个无人车的理想角度θ_jd和理想速度α_jd；步骤5)设计控制力矩τ_j，使第j个无人车的偏航角θ_j跟踪理想角度θ_jd；步骤6)设计控制力F_j，使第j个无人车的速度v_j跟踪理想速度α_jd。本发明的方法实现了多辆欠驱动无人车的编队控制，利用终端滑模技术使得无人车的姿态有限时间收敛，保证了跟踪的快速性。

技术领域

本发明涉及欠驱动无人车控制领域，具体地，涉及一种欠驱动无人车的编队控制方法及系统。

背景技术

多机器人的编队控制，即多个机器人以按照指定的队形以一个同样的速度向一个共同的目标运动。在道路交通领域，多辆车的编队行驶也得到了广泛的研究。相比于单个车辆独自执行任务，多辆车的编队行驶具有更强大的功能。首先，多辆车编队行驶，可以携带更多的设备，尤其是在检测任务中，能够提供更全面的监控对象的实时信息；此外，车辆的编队行驶提高了道路单位时间的车辆通行数量，可以使得车辆更高速的行驶，一定程度上可以缓解交通压力；最后，由于多个车辆的协同编队行驶，可以减小以及避免变道、刹车等行为，减少了燃料的消耗，可以缓解能源的问题，而且也能够减小交通事故的发生。

但是，目前的欠驱动无人车的编队控制方法存在下述的两个问题：

首先，现有的欠驱动无人车编队控制仅仅能够单独证明位置子系统以及姿态子系统的稳定性，由于两个子系统之间具有强耦合、非线性，导致了闭环系统的整体稳定性无法得到证明；常规的方法中，通过调整控制增益系数，来保证姿态子系统的收敛速度远大于位置子系统的收敛速度，闭环系统稳定性是在忽略姿态角度误差前提下实现的。然而，由于实际角度与理想角度的差异会造成位置控制律无法精确实现，从而造成闭环系统的不稳定。

此外，在常规的滑模控制技术中，所设计的控制器可以使得系统渐进稳定，然而此时系统的收敛时间是无穷的，而实际的工程应用中，通常要求在某个特定时间之内系统要收敛，而目前的控制器大多不能满足该要求。

发明内容

本发明的目的在于，克服目前欠驱动无人车的编队控制方法存在的上述缺陷，提出了一种欠驱动无人车的编队控制方法；首先利用图论知识对无人车之间的信息交互进行描述，进而设计一个有界平滑的中间控制变量，使小车能够追踪给定的速度信息以及形成指定的行驶队形，同时可以提取出理想的位置跟踪信号以及姿态信息；利用终端滑模控制技术，设计滑模面时引入了一个非线性函数，确保无人车的姿态在有限时间内可以收敛，保证了姿态跟踪的快速性。最后，利用lyapunov理论分析闭环系统的整体稳定性，并进行仿真验证。

为了实现上述目的，本发明提出了一种欠驱动无人车的编队控制方法，所述方法包括：

步骤1)利用无向图建立编队中各无人车之间的加权邻接矩阵，所述编队的无人车的个数为n；

步骤2)根据无人车编队的队形要求计算每两个无人车的理想相对位置、实际相对位置和相对距离误差；

步骤3)根据步骤1)和步骤2)设计第j个无人车的中间控制律u_j，j＝1…n；

步骤4)根据中间控制率u_j计算每个无人车的理想角度θ_jd和理想速度α_jd；