[发明专利]一种有限时间收敛车辆编队控制器及设计方法

说明书

本发明公开了一种有限时间收敛车辆编队控制器及设计方法，通过给出领队车辆当前位姿和跟随车辆所要追踪的虚拟目标车辆的参考位姿为，经过控制问题转化模块得到误差系统得到误差位姿，将转化得到的误差系统结合反步递推技术得到带有分数幂参数的中间控制律和，转化后的误差系统再通过结合中间控制律得到带有分数幂的有限时间实际控制律，最后将实际控制律返回给转化后的误差系统，从而使得误差系统在有限时间内稳定，使得跟随车辆与领航车辆同步运动，实现对车辆编队系统的有效控制。

技术领域

本发明涉及车辆编队控制技术领域，尤其涉及一种有限时间收敛车辆编队控制器及设计方法。

背景技术

车辆编队控制可以通过提高车辆队列的柔韧性与灵活性，从而提高车辆在道路上所行驶的效率。同时车辆编队还可以通过提高道路上车辆的密度以增加道路上的容量，从而在一定程度上提高交通的安全性以及道路的通畅性。除此之外，从能耗角度出发，经过编队的车辆能够减少行驶过程中遇到的空气的阻力，使得车辆的耗油量得到有效的降低。

目前，对于车辆编队控制的研究有以下几种常见方法：跟随领航者法、基于行为法、虚拟结构法和人工势场法等。基于行为的编队方法实现简单,适用于不确定环境,但编队精度差且很难进行精确的数学分析；虚拟结构法和领航跟随法都分别需要虚拟结构和领航机器人全状态信息；人工势场法是将复杂环境信息转化为斥力场和引力场模型，并通过此模型从而找出一条从初始点到目标点的路径的方法。跟随领航者法存在以下问题：

一是在现有的车辆编队控制方法中，基本没有考虑系统的收敛速度问题。而从实际角度来看，人们希望尽快能够达到控制目标，但由于技术等原因的限制，以往车辆编队控制方案在预期的时间内实现期望的编队效果是不可实现的。

二是现有的编队控制方法虽然可以实现对车辆的控制，但是在面对复杂道路状况，如限制行驶时间等情况时，无法保证车辆系统在较大速度范围行驶下的安全可靠性。

发明内容

本发明提供一种有限时间收敛车辆编队控制器及设计方法，以克服上述技术问题。

本发明一种有限时间收敛车辆编队控制器的设计方法，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。

进一步地，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+c₁ cosθ-c₂ sinθ (2)