[发明专利]运用能量耗散理论进行智能车辆速度调控的方法

说明书

本发明涉及一种运用能量耗散理论进行智能车辆速度调控的方法，其特征是：利用耗散系统中常用的γ耗散不等式，将智能车辆的速度调控转化成以能量存储函数为优化目标的耗散控制问题，采用基于Backstepping设计的Lyapunov方法，构造保证γ耗散的能量存储函数，通过逐步逼近γ耗散不等式，计算得到车辆速度调控的最优控制律。有益效果：本发明通过将智能车辆的速度调节与控制转化成以能量存储函数为优化目标的耗散控制问题，采用Lyapunov直接法代替求解复杂的Riccati方程，通过逐步逼近γ耗散不等式，得到车辆速度调控的最优控制律。

技术领域

本发明涉及智能车辆领域，具体涉及一种运用能量耗散理论进行智能车辆速度调控的方法。

背景技术

面对我国城市居高不下的汽车保有量，短期内很难通过倡导步行、自行车、公共交通以及新能源汽车等出行工具解决城市交通问题。作为智能交通系统的重要载体，智能车辆技术仍然是解决驾驶安全与道路通行能力的有效手段。特别地，基于优化设计的智能驾驶系统借助范数或指数可以进行安全性、舒适性、经济性等性能评估。例如，一种车辆多目标协调式自适应巡航控制方法(ZL 200810224248.0)将车间距误差和车速误差的H_∞范数视为安全性能指标；期望控制代价和扰动的H₂范数视为舒适性能指标；一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统及其控制方法(ZL 201310373691.5)将行驶轨迹误差与初始轨迹误差的Lyapunov指数视为操纵性能指标。但是，上述优化方法需要构建哈密顿(Hamilton)函数，利用Riccati方程及模型预测得到优化控制律，解算过程较为复杂，并满足很多约束性。比如，费用或代价函数对全部控制输入进行加权，且所有加权函数是稳定的；求解Riccati方程需保证解的收敛性。

耗散系统反映了系统运动过程中的能量损耗特性，不但可以采用范数反映系统在传递信号过程中的这种“增益”，而且可以采用Lyapunov方法设计包括前向通道和反馈回路的整个系统的“能量和”。因此，借助耗散系统中常用的γ耗散不等式，将智能车辆速度调控转化成以能量存储函数为优化调节的耗散控制问题，通过求解获得当前车辆的加速度、速度、位移及相应的权重因子，从而更好地对智能车辆的速度进行调控。例如，为一种电动汽车车速控制方法(ZL201410408955.0)、一种智能车速控制管理系统及实现方法(ZL201310283519.0)等提供精确、有效的车辆临界速度以及包括位移、速度、加速度、权重因子等车速控制数据库信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种运用能量耗散理论进行智能车辆速度调控的方法，通过逐步逼近γ耗散不等式，得到车辆速度调控的最优控制律。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种运用能量耗散理论进行智能车辆速度调控的方法，其特征是：利用耗散系统中常用的γ耗散不等式，将智能车辆的速度调控转化成以能量存储函数为优化目标的耗散控制问题，采用基于Backstepping设计的Lyapunov方法，构造保证γ耗散的能量存储函数，通过逐步逼近γ耗散不等式，计算得到车辆速度调控的最优控制律，具体步骤如下：

(1)建立智能车辆速度调控系统的γ耗散性能准则，使能量存储函数及其控制律满足从外界输入扰动d到控制代价z的γ耗散性能：

特别地，当d＝0时，对于期望的车速v_d，所设计的车速调控律满足 lim_t→∞|v-v_d|＝0；

(2)根据步骤(1)的控制代价z，定义光滑、可导的能量存储函数满足上述准则的耗散不等式：

式中，车辆输入变量车辆输出变量

其中，p，m为实数R不同维度的表示，