[发明专利]一种基于事件触发扩张状态观测器的分布式车辆队列控制方法

说明书

本发明提出一种基于事件触发扩张状态观测器的分布式车辆队列控制方法，该方法将车辆模型中的未知参数和外部扰动统一看成未建模动态，然后设计事件触发扩张状态观测器来估计未建模动态。基于对未建模动态的估计，结合改进的动态面控制方法，仅利用了跟随者车辆传感器获得的自身车辆的速度、加速度、前车的速度以及与前车之间的间距设计了分布式控制律。本方法不依赖于精确的车辆模型，且不需要车间的无线通讯网络，可以同时保证车队系统的闭环稳定性和队列稳定性。

技术领域

本发明涉及车辆队列控制系统，属于智能交通领域，主要涉及一种基于事件触发扩张状态观测器的分布式车辆队列控制方法。

背景技术

随着汽车保有量的持续增长，各种交通问题日益凸显，如人为操作失误造成的交通事故；能源消耗增多，污染气体排放带来的环境污染问题；道路利用率下降引起的交通拥堵等。车辆队列运动是指同车道内的多车辆以相同速度运动的同时相邻车辆之间的间距保持预先设定的期望值。研究表明车辆队列控制可以增强道路安全、降低车辆能源消耗、提高道路利用率。

车辆队列控制的早期研究可以追溯到19世纪80年代，早期的车辆队列控制方法主要是基于线性动力学车辆模型。现实中的车辆往往是复杂的非线性系统，目前也有很多学者基于非线性动力学车辆模型提出了车辆队列控制方法。目前的非线性车辆队列控制方法主要有以下两方面的缺陷。第一，车辆模型的未知参数和外部扰动的估计。自适应控制用来处理车辆模型中的未知参数和外部扰动。已有的大部分车辆队列控制方法中的自适应律需要知道车辆模型的具体形式。神经网络常被用来逼近车辆模型中的未建模动态。但神经网络的结构往往需要凭经验来确定，并且神经网络中有大量的参数需要设计。第二，车辆间信息流拓扑结构。现有的非线性车辆队列控制方法的设计需要通过无线通讯网络来获取前车加速度、领导者车辆的速度或者加速度，然而无线通讯所带来的问题是无法忽略的，如时延、丢包、网络攻击等。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于事件触发扩张状态观测器的分布式车辆队列控制方法。首先将车辆模型中的含有未知参数的部分和外部扰动统一看成未建模动态，然后设计事件触发扩张状态观测器来估计车辆模型中的未建模动态，最后基于对未建模动态的估计，利用改进的动态面控制方法设计了分布式控制律。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于事件触发扩张状态观测器的分布式车辆队列控制方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：改写车辆模型，将模型中包含未知参数的部分和外部扰动统一看成未建模动态q_i(t)；

步骤2：设计事件触发扩张状态观测器来估计车辆模型中的未建模动态q_i(t)；

步骤3：设计虚拟速度控制输入α_1i(t)，设计虚拟速度控制输入相关的一阶低通滤波器；

步骤4：定义虚拟速度跟踪误差z_1i(t)，设计虚拟加速度控制输入α_2i(t)，设计虚拟加速度控制输入相关的一阶低通滤波器；

步骤5：定义虚拟加速度跟踪误差z_2i(t)，设计实际控制输入u_i(t)。

所述步骤1中改写后的车辆模型为：

其中p_i(t),v_i(t),a_i(t)分别是第i辆跟随者车辆的位置、速度和加速度，