[发明专利]基于微分平坦和自抗扰的无人车路径规划与跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于微分平坦和自抗扰的无人车路径规划与跟踪控制方法，其特征在于，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：从轨迹规划的角度出发，对换道过程进行详细分析，简化规划层与控制层之间的传递参数，基于5次多项式曲线拟合方法，将规划出的超车轨迹点进行拟合；

步骤四：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和广义比例积分观测器对步骤三所规划出的超车轨迹进行跟踪，所述的控制器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，最后得到实际控制量。

2.如权利要求1所述的一种基于微分平坦和自抗扰的无人车路径规划与跟踪控制方法，其特征在于，步骤一中采用以下方法建立控制模型：

m(v·x-rvy)=flfcosδf-fsfsinδf+flrcosδr-fsrsinδr+Fxm(v·y+rvx)=flfsinδf+fsfcosδf+flrsinδr+fsrcosδr+FyJr·=lf(flfsinδf+fsfcosδf)-lr(flrsinδr+fsrcosδr)+Tz]]>

其中，m为汽车质量，v_x,v_y,r分别是四轮转向汽车的纵向、横向和横摆角速度，δ_f(δ_r)是汽车的前(后)轮转向角，l_f(l_r)汽车质心CG与前(后)轮的距离，C_f(C_r)是前(后)轮胎侧偏刚度，f_lf和f_lr是由发动机、刹车力矩和摩擦引起的纵向力，由下式给出：

flf=ϵfmflr=(1-ϵ)fm]]>

其中，ε是纵向综合力f_m在前后轮上的纵向力的常值分配系数，取值范围是从0即后轮驱动汽车到1即前轮驱动汽车，f_sf和f_sr是轮胎横向侧偏力，F_x,F_y和T_z分别代表外部力和力矩扰动，考虑到侧偏力f_sf和f_sr的驱动/制动作用相对于纵向驱/制动力f_lf和f_lr的驱动/制动作用来说很小，因此令第一个方程中的f_sf＝f_sr＝0，前后轮转角采用简单的比例控制，即δ_r＝kδ_f，k为前后轮转角比例控制系数，得到下述方程

m(v·x-rvy)=fm+Fx+Fx′m(v·y+rvx)=fmδf+Cf(δf-vy+lfrvx)+Cr(kδf-vy-lrrvx)+Fy+Fy′Jr·=lf(fmδf+Cf(δf-vy+lfrvx))-lrCr(kδf-vy-lrrvx)+Tz+Tz′]]>

其中，k是F_x′,F_y′和T_z′是小角度近似后的残差,取v_x,v_y,r为状态变量，δ_f和f_m为控制变量，将上述模型化为状态空间的形式

x·=f(x,t)+g(x,t)u+g1(x,t)u1u2+ψ(x,u,t)]]> 1

其中

f(x,t)=x2x3-x1x3-Cfmx2+lfx3x1-Crmx2-lrx3x1-lfCfJx2+lfx3x1+lrCrJx2-lrx3x1,g(x,t)=01mCf+kCrm0lfCf-klrCrJ0,g1(x,t)=01mlfJ,]]>

x=vxvyr,u=u1u2]]>

把g₁(x,t)u₁u₂+ψ(x,u,t)看作内外扰或不确定项，实际系统方程变为

x·=f(x,t)+g(x,t)u+ξ(x,u,t).]]>