[发明专利]基于微分平坦和自抗扰的四轮转向汽车轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明提出一种基于微分平坦和自抗扰的四轮转向汽车轨迹跟踪控制方法，可以提高四轮转向汽车对参考轨迹的跟踪效果。包括以下步骤：步骤一：建立三自由度四轮转向汽车单轨控制模型；步骤二：根据步骤一建立的控制模型，根据微分平坦理论，将欠驱动被控模型变换为带有扰动的没有零动态子系统的输入输出耦合模型；步骤三：根据步骤二建立的输入输出耦合模型，设计线性自抗扰控制器，主要包括高阶线性跟踪微分器、高阶扩张状态观测器和线性反馈控制律三个方面，最后得到实际控制量。

技术领域

本发明属于四轮转向汽车轨迹跟踪控制领域，涉及一种基于微分平坦和自抗扰的四轮转向汽车轨迹跟踪控制方法。

背景技术

四轮转向系统(全轮转向系统)是车辆操纵稳定性的重要组成部分，它的特点是在低速时前后轮反相转动，减小转弯半径；高速时同相转动，变换车道更容易。在对车辆操纵稳定性以及汽车智能化要求不断提高的前提下，四轮转向汽车对参考轨迹(路径规划)进行准确的跟踪控制的要求越来越迫切。随着现代控制理论的不断发展，在经典控制理论的范围之外，开辟更有效的提高跟踪控制效果的新途径，已成为当前四轮转向汽车控制领域的重要课题。

微分平坦理论是解决欠驱动问题的一个有效的途径。相对其他方法来说，微分平坦理论既可以处理最小相位系统(静态反馈线性化)，又可以处理非最小相位系统(动态反馈线性化)，将非线性系统等价为没有零动态子系统的输入到平坦输出的系统。但是微分平坦条件对于一个非线性系统来说很苛刻。因此通常采用一些合理的近似化方法，考虑其近似系统的微分平坦属性，然后对残差作为扰动以及不确定项进行估计和补偿。

经典PID控制理论具有一定的抗扰能力，借鉴“基于误差消除误差”的思想，自抗扰控制技术是吸收现代控制理论成果、发扬PID思想精髓、开发运用特殊非线性效应来发展的新型实用技术。自抗扰控制技术完全独立于被控对象的数学模型，其最突出的特点就是把作用于被控对象的所有不确定因素的作用都归结为“未知扰动”而利用对象的输入输出数据对它进行实时估计并给予补偿。自抗扰的意义就在于此，这里并不需要直接测量外扰作用，也不需要实现知道扰动的作用规律。这也使得在恶劣的环境中要求实现高速高精度控制的场合，自抗扰控制技术更能显出其优越性。自抗扰技术控制输入输出系统估计补偿扰动的优势正好适用于解决经微分平坦理论进行模型变换的输入到平坦输出的系统中存在的扰动和不确定项的估计和补偿问题。

发明内容

本发明是针对现有技术的缺陷，提出一种基于微分平坦和自抗扰的四轮转向汽车轨迹跟踪控制方法，可以提高四轮转向汽车对参考轨迹的跟踪效果。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于微分平坦和自抗扰的四轮转向汽车轨迹跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤一：建立三自由度四轮转向汽车单轨控制模型；

步骤二：根据步骤一建立的控制模型，根据微分平坦理论，将欠驱动被控模型变换为带有扰动的没有零动态子系统的输入输出耦合模型；

步骤三：根据步骤二建立的输入输出耦合模型，设计线性自抗扰控制器，主要包括高阶线性跟踪微分器、高阶扩张状态观测器和线性反馈控制律三个方面，最后得到实际控制量。

本发明的有益效果：

本发明对欠驱动三自由度四轮转向汽车运用微分平坦理论进行了模型变换，把非线性、耦合、欠驱动模型变换成了没有零动态子系统的输到平坦入输出的模型，并且考虑到把模型的不精确部分以及内外扰、不确定项等全部归为系统所受的扰动，然后设计控制器进行控制。微分平坦系统可以通过内生动态反馈等价于一个线性系统(反馈线性化)，通过跟踪好平坦输出的参考轨迹，就可以跟踪好状态变量与系统输出的参考轨迹。

附图说明

图1.四轮转向汽车单轨模型。

具体实施方式

下面对本发明作进一步介绍。