[发明专利]一种车辆队列最优协同控制方法

权利要求书

1.一种车辆队列最优协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建车辆队列，车辆队列由N+1辆车组成，按照行驶方向，排在车队的第一辆车为头车，其余为跟随车辆；头车编号为0，跟随车辆编号由i表示，i∈{1,2,…,N}；

步骤2：确定车辆队列的动力学模型；

定义跟随车辆i的实际位置为p_i(i)，实际速度为v_i(t)，控制输入为u_i(t)，跟随车辆i的动力学模型为：

其中，A和B为不同的给定参数；

步骤3：采用可变时距间距策略确定车辆队列的间距策略；

通过车辆队列中车辆之间的通讯，获取头车的速度v₀(t)，设定跟随车辆i和头车0的期望间距：

其中,c_i0、h_i0和d_i0是给定的系数；

设定跟随车辆j和头车0的期望间距：

其中,c_j0、h_j0和d_j0是给定的系数，j∈{1,2,…,N}；

设定跟随车辆i和j之间的期望间距：

其中，c_ij、h_ij和d_ij表示跟随车辆i和j期望间距的系数，满足条件：

定义跟随车辆i相对头车的位置误差为速度误差为具体如公式(6)所示：

车辆的动力学模型(1)转化为：

其中，表示车辆i的状态向量；

定义车辆队列全局形式的状态方程为：

其中，表示克罗内克乘积，表示车辆队列的整体状态向量，U(t)＝[u₁(t) u₂(t) … u_N(t)]^T表示车辆队列的整体控制输入函数，I_N表示N阶单位矩阵；

步骤4：构建车辆队列性能指标函数；

构建车辆i的性能指标函数：

J_i(t)＝J_i1(t)+J_i2(t)+J_i3(t) (9)

其中：

J_i1(t)表示车辆i与车辆j之间状态误差的性能指标函数，a_ij表示车辆i与车辆j的通信连接，a_ij∈[0,1]，a_ij＝1表示车辆i能获取车辆j的信息，a_ij＝0表示车辆i不能获取车辆j的信息；q₁和q₂分别表示车辆i与车辆j之间状态误差的权重；

J_i2(t)表示车辆i与头车0之间状态误差的性能指标函数，a_i0表示车辆i与头车0的通信连接，a_i0∈[0,1]a_i0＝1表示车辆i能获取头车0的信息，a_i0＝0表示车辆i不能获取头车0的信息；α和β分别表示车辆i与头车0之间状态误差的权重；

J_i3(t)表示车辆i控制输入的性能指标函数，r₁为控制输入的权重,r₂为控制输入导数的权重；

车辆队列的性能指标函数表示为：

其中，L表示车辆i与车辆j通信拓扑图的拉普拉斯矩阵，L＝[l_ij]∈R^N×N，l_ij＝-a_ij，i≠j，G＝diag{a₁₀,a₂₀,…,a_N0}表示车辆i与头车0的通信拓扑矩阵；

步骤5：构建车辆队列控制输入函数；

构建车辆i的控制输入函数为：

其中，k₁表示车辆i与j的位置误差增益，k₂表示车辆i与j的速度误差增益，k₃表示车辆i与头车0之间的位置误差增益，k₄表示车辆i与头车0之间的速度误差增益，τ表示车辆之间的通信时滞，v₀(t-τ)·τ表示对通信时滞导致的位置误差的补偿；

车辆队列的控制输入函数为：

其中，M₁＝[k₁ k₂]和M₂＝[k₃ k₄]表示控制输入的增益矩阵，D＝diag{d_i}表示车辆i与车辆j通信拓扑图的入度矩阵，其中

步骤6：构建车辆队列的最优协同控制模型：

步骤7：求解式(16)，得到车辆队列控制输入的最优控制增益矩阵M₁＝[k₁ k₂]和M₂＝[k₃k₄]，并使车辆队列性能指标函数值最小，达到车辆队列的最优协同控制目标。

2.根据权利要求1所述的一种车辆队列最优协同控制方法，其特征在于，所述c_i0的取值范围为[-0.1i,0.1i]，h_i0的取值范围为[0,2i]，d_i0的取值范围为[5i,15i]。