[发明专利]一种适用于任意通信拓扑的含时滞车辆队列稳定性控制方法及系统

权利要求书

1.一种适用于任意通信拓扑的含时滞车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，构建车辆队列的车辆纵向动力学模型、固定间距策略和通信拓扑；

S2，基于车辆纵向动力学模型、固定间距策略和通信拓扑建立含有通信时滞的分布式控制器，建立含有通信时滞的车辆队列闭环控制系统，利用矩阵的Jordan变换，将含时滞的车辆队列闭环控制系统解耦为若干个子系统；

S3，通过Kronecker sum运算与z代换建立子系统的辅助特征方程，对辅助特征方程求解，得到其根的模值等于1的解集，然后求解出子系统特征方程的纯虚根集合，并通过计算根趋势，确定纯虚根在临界时滞处的渐近行为，可获取到子系统的稳定域与准确时滞边界，分别求取每个子系统的稳定域和准确时滞边界，对所有子系统的稳定域取交集，可获取到车辆队列闭环控制系统的稳定域和准确时滞边界，即得到车辆队列稳定的充分必要条件。

2.根据权利要求1所述的一种适用于任意通信拓扑的含时滞车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，车辆纵向动力学模型为：

其中，i表示车辆的编号，编号0代表领航车，跟随车从前到后依次编号为1到N，p_i(t)、v_i(t)、a_i(t)分别表示第i辆车在t时刻的位置、速度、加速度状态量，x_i(t)表示第i辆车在t时刻的状态量，A、B分别为第i辆车的状态矩阵、输入矩阵，T为车辆的驱动机构的惯性常数，u_i(t)表示第i辆车的控制输入。

3.根据权利要求1所述的一种适用于任意通信拓扑的含时滞车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，固定间距策略用于使车辆队列的控制目标跟随车跟踪领航车的状态，并令车辆队列以期望的固定间距行驶，即：

其中，||·||表示取二范数，v₀(t)表示领航车在t时刻的速度，l_i,i-1为从第i-1辆车到第i辆车的期望间距，有l_i,i-1＝-l_i-1,i，采用固定距间距策略，设定l_i,i-1为一固定常数：l_i,i-1＝l₀，l₀为常数。

4.根据权利要求3所述的一种适用于任意通信拓扑的含时滞车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，含通信时滞的分布式控制器：

其中，τ为通信时滞，分别为第i辆车在t-τ时刻相对于领航车的位置状态误差、速度状态误差、加速度状态误差；k_p、k_v、k_a分别为第i辆车上所部署控制器的位置、速度、加速度增益；r_ij表示第i辆车是否能够通过通信拓扑接收到第j辆车的状态信息，若能接收到，则r_ij＝1，否则r_ij＝0。

5.根据权利要求4所述的一种适用于任意通信拓扑的含时滞车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，根据含通信时滞的分布式控制器建立关于状态误差的分布式控制器：

其中，K＝[k_p,k_v,k_a]为每辆车的控制增益向量，为t时刻第i辆跟随车相对于领航车的状态误差，为位置状态误差，l_i,0为从领航车到第i辆车的期望间距；为速度状态误差；为加速度状态误差。

6.根据权利要求4所述的一种适用于任意通信拓扑的含时滞车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，根据车辆纵向动力学与关于状态误差的分布式控制器，得到第i辆车的闭环动力学方程：