[发明专利]一种基于鲁棒H infinite控制的牵引式挂车轨迹跟踪方法

说明书

本发明涉及一种基于鲁棒H infinite控制的牵引式挂车轨迹跟踪方法，属于无人驾驶中的轨迹跟踪控制领域。该方法包括：S1：对牵引式挂车进行动力学建模，包括轮胎侧偏刚度不确定性及外部扰动建模；S2：利用多面体方法处理动力学模型中参数时变问题；S3：基于牵引式挂车的动力学模型设计一种鲁棒H infinite静态输出反馈控制器；S4：利用线性矩阵不等式方法求解控制器增益，利用所求解的控制器增益及车辆状态，实时求解牵引式挂车的前轮偏角控制量，实现对期望路径的跟踪行驶。本发明能够降低传感器使用成本；考虑车辆模型参数不确定性及外部扰动，实现对期望轨迹的准确跟踪。

技术领域

本发明属于无人驾驶中的轨迹跟踪控制领域，涉及一种基于鲁棒H infinite静态输出反馈的牵引式挂车轨迹跟踪方法。

背景技术

近些年来，由于经济快速发展，如何在提高货物运输效率的同时，降低货物运输成本，并且保障货物运输安全性是一个亟待解决的问题。公路运输在货物运送中占据了很大比例，而牵引式挂车是公路运输的主力军，其由于强大的货物运输能力而备受关注。为此，合理配置公路资源，提高牵引式挂车运输效率及安全性是解决上述问题的一种有效方式。而无人驾驶牵引式挂车在提高车辆安全性，通行运输效率方面有很大潜力。但目前，无人驾驶牵引式挂车研究还存在创新不足，关键技术没有取得有效突破等问题。因此，为了解决上述问题，必须加快推进牵引式挂车朝着无人化和智能化的方向发展。

在无人驾驶牵引式挂车研究中，轨迹跟踪控制模块是保障车辆对期望轨迹准确跟踪的关键一环。然而，牵引式挂车车辆模型十分复杂，特别是车辆轮胎在道路条件改变时，参数变化较大，这对于控制是十分不利的。另外，道路曲率的变化对于车辆控制又是另一强干扰。

现有的车辆轨迹跟踪方法技术，主要针对的是普通货车或汽车；而且现有的一些牵引车轨迹跟踪方法，大都未考虑车辆参数摄动和道路条件改变对控制带来的影响。因此，亟需一种考虑上述因素的牵引式挂车跟踪轨迹方法来解决现有问题。因此，亟需一种针对牵引式挂车的跟踪轨迹方法来解决现有问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于鲁棒H infinite控制的牵引式挂车轨迹跟踪方法，创造性地将鲁棒H infinite静态输出反馈控制用于实现对牵引式挂车的轨迹跟踪，有效处理车辆行驶中的道路曲率干扰实现准确地跟踪，同时不依赖于对车辆横向速度的精确测量，降低传感器的使用成本。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于鲁棒H infinite控制的牵引式挂车轨迹跟踪方法，首先建立考虑轮胎不确定性的牵引式挂车的动力学模型，，利用多面体方法处理动力学模型中参数时变问题，采用鲁棒H infinite输出反馈控制器对牵引式挂车横向位移进行控制时并考虑了道路曲率干扰，利用线性矩阵不等式方法求解控制器增益，求解出以牵引式挂车的前轮偏角控制量，从而实现牵引式挂车对期望轨迹的跟踪。该方法具体包括以下步骤：

S1：对牵引式挂车进行动力学建模，包括轮胎侧偏刚度不确定性及外部扰动建模；

S2：利用多面体方法处理动力学模型中参数时变问题；

S3：基于牵引式挂车的动力学模型设计一种鲁棒H infinite静态输出反馈控制器；

S4：利用线性矩阵不等式(LMI)方法求解控制器增益，利用所求解的控制器增益及车辆状态，实时求解牵引式挂车的前轮偏角控制量，实现对期望路径的跟踪行驶。

进一步，在步骤S1中，对牵引式挂车动力学建模型时，考虑轮胎侧偏刚度不确定性及道路曲率干扰，建立牵引式挂车的横向跟踪模型：

由牛顿第二定律有：