[发明专利]协同自适应巡航控制鲁棒容错方法及装置

权利要求书

1.一种协同自适应巡航控制鲁棒容错方法，其特征在于，包括以下步骤：

构造带有非线性系统参数摄动、多源未知外界干扰和雷达性能缺陷、执行控制性能缺陷的协同式自适应巡航控制系统数学模型；

设计CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器，并将控制率带回所述协同式自适应巡航控制系统数学模型，以状态、动态输出反馈中间变量为增广状态，构造带有干扰估计误差、雷达性能缺陷的估计误差、执行控制性能缺陷估计误差和未知干扰的增广闭环系统；以及

求解所述CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器的增益，使所述带有干扰估计误差、雷达性能缺陷的估计误差、执行控制性能缺陷估计误差和未知干扰的增广闭环系统达到稳定条件，具有H∞性能；

所述协同式自适应巡航控制系统数学模型中的协同式自适应巡航控制系统表达式为：

y(t)＝Cx(t)+Ff_s(t)+D₂d(t)，

其中，x(t)＝[ε(t) Δv(t) a(t)]^T为系统状态，ε相对距离误差，Δv为相对速度，a为自车加速度，为系统矩阵，h为车头时距，ζ为发动机时间常数，D₁为系统未知外界干扰矩阵，g(A，t)为系统非线性时变参数摄动；为输入矩阵，u(t)为控制输入，d(t)为未知外界干扰，E＝B₁为执行控制性能缺陷矩阵，f_a(t)为执行控制性能缺陷，y(t)为测量输出，C，D₂和F分别为原始系统的输出矩阵、测量未知外界干扰矩阵和雷达性能缺陷矩阵，f_s(t)为雷达性能缺陷；

所述CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器的表达式为：

其中，A_k，B_k，C_k，D_k均为控制器增益，h(C_k，t)为控制器增益C_k的非线性时变摄动，B^*为B₁为伪逆矩阵，N_s满足B₁N_s＝D₁₁，D₁₁为D₁中的匹配部分，为未知外界干扰的估计，为雷达性能缺陷的估计，为执行控制性能缺陷的估计，η(t)为协同式自适应鲁棒容错的状态；

所述增广闭环系统的表达式为：

其中，e_d(t)为干扰估计误差，e_fs(t)为雷达性能缺陷的估计误差，e_fa(t)为执行控制性能缺陷估计误差，C_z为被控输出矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解所述CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器的增益，包括：

若增益摄动为加法式摄动，则通过最小化，求解第一满足线性矩阵不等式和等式约束；

若所述增益摄动为乘法式摄动，则通过最小化，求解第二满足线性矩阵不等式和等式约束；

其中，为干扰能量衰减的系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述增益的求解公式为：

其中，A_k，B_k，C_k，D_k为所述CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器的增益。

4.一种协同自适应巡航控制鲁棒容错装置，其特征在于，包括：

构造模块，用于构造带有非线性系统参数摄动、多源未知外界干扰和雷达性能缺陷、执行控制性能缺陷的协同式自适应巡航控制系统数学模型；

设计模块，用于设计CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器，并将控制率带回所述协同式自适应巡航控制系统数学模型，以状态、动态输出反馈中间变量为增广状态，构造带有干扰估计误差、雷达性能缺陷的估计误差、执行控制性能缺陷估计误差和未知干扰的增广闭环系统；以及

计算模块，用于求解所述CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器的增益，使所述带有干扰估计误差、雷达性能缺陷的估计误差、执行控制性能缺陷估计误差和未知干扰的增广闭环系统达到稳定条件，具有H∞性能；

所述协同式自适应巡航控制系统数学模型中的协同式自适应巡航控制系统表达式为：

y(t)＝Cx(t)+Ff_s(t)+D₂d(t)，

其中，x(t)＝[ε(t) Δv(t) a(t)]^T为系统状态，ε相对距离误差，Δv为相对速度，a为自车加速度，为系统矩阵，h为车头时距，ζ为发动机时间常数，D₁为系统未知外界干扰矩阵，g(A，t)为系统非线性时变参数摄动；为输入矩阵，u(t)为控制输入，d(t)为未知外界干扰，E＝B₁为执行控制性能缺陷矩阵，f_a(t)为执行控制性能缺陷，y(t)为测量输出，C，D₂和F分别为原始系统的输出矩阵、测量未知外界干扰矩阵和雷达性能缺陷矩阵，f_s(t)为雷达性能缺陷；

所述CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器的表达式为：

其中，A_k，B_k，C_k，D_k均为控制器增益，h(C_k，t)为控制器增益C_k的非线性时变摄动，B^*为B₁为伪逆矩阵，N_s满足B₁N_s＝D₁₁，D₁₁为D₁中的匹配部分，为未知外界干扰的估计，为雷达性能缺陷的估计，为执行控制性能缺陷的估计，η(t)为协同式自适应鲁棒容错的状态；

所述增广闭环系统的表达式为：

其中，e_d(t)为干扰估计误差，e_fs(t)为雷达性能缺陷的估计误差，e_fa(t)为执行控制性能缺陷估计误差，C_z为被控输出矩阵。