[发明专利]一种有限时间收敛车辆编队控制器及设计方法

权利要求书

1.一种有限时间收敛车辆编队控制器的设计方法，其特征在于，包括：

建立编队车辆运动模型；通过所述编队车辆运动模型得到车辆位姿信息；所述车辆位姿信息，包括：领航车辆、跟随车辆及虚拟目标车辆位姿信息；

根据所述虚拟目标车辆与所述领航车辆的位姿信息得到所述虚拟目标车辆位姿；计算所述虚拟目标车辆位姿与领航车辆位姿的误差，并结合所述跟随车辆的坐标系得到转化后的误差系统；

根据所述虚拟目标车辆位姿设计虚拟误差面；通过所述误差系统和虚拟误差面来计算中间控制变量；

根据虚拟目标车辆位姿和所述中间控制量得到有限时间收敛的控制律；

将所述控制律代入所述误差系统中，使得所述误差系统在有限时间内稳定，从而使得所述跟随车辆与所述领航车辆同步运动。

2.根据权利要求1所述的一种有限时间收敛车辆编队控制器的设计方法，其特征在于，建立编队车辆运动模型，包括：

所述编队任一车辆的运动模型表示为：

将任一车辆的重心设定为x,y，所述车辆的后轮重心x₁,y₁到车辆重心距离与所述车辆前轮重心x₂,y₂到车辆重心距离相等，均为所述车辆的轴间距的一半，表示为：

X＝b₁x+b₂y+c₁cosθ-c₂sinθ (2)

式中，X＝[x₁,x₂,y₁,y₂]^T，b₁＝[1,1,0,0]^T，b₂＝[0,0,1,1]^T，c₁＝[-l/2,l/2,0,0]^T，c₂＝[0,0,l/2,l/2]^T；

通过对式(2)计算，得到车辆约束关系：

式中，车辆的位姿由向量表示，x和y表示车辆在坐标系中的位置坐标，θ为车体对x轴的倾斜角，为前轮对车体的转向角；v₁是汽车后轮的前进速度，v₂是前轮的侧转向角速度，l表示前轮与后轮的轴间距。

3.根据权利要求2所述的一种有限时间收敛车辆编队控制器的设计方法，其特征在于，所述根据所述虚拟目标车辆与所述领航车辆的位姿信息得到所述虚拟目标车辆位姿；计算所述虚拟目标车辆位姿与领航车辆位姿的误差，并结合所述跟随车辆的坐标系得到转化后的误差系统，包括：

建立车辆编队位姿误差方程为：

式中，所述领队车辆当前位姿为控制输入为[u₁,u₂]^Τ，所述跟随车辆所要跟随的所述虚拟目标车辆的参考位姿为控制输入为[u_v1,u_v2]^Τ，位姿误差为

所述转化后的误差系统描述为：

式中，u_v1是虚拟目标车辆后轮的前进速度，u_v2是虚拟目标车辆前轮的侧转向角速度，为领队车辆前轮对车体的转向角，虚拟目标车辆前轮对车体的转向角，u₁，u₂为控制率。