[发明专利]全状态约束无人车的有限时间控制器的设计方法和装置

权利要求书

1.一种全状态约束无人车的有限时间控制器的设计方法，其特征在于，包括：

建立无人车的系统运动学方程，基于所述系统运动学方程建立所述无人车的初始状态方程，基于所述初始状态方程，建立所述无人车的系统状态方程；

基于所述系统状态方程，利用Lyapunov函数设计无人车的控制器的第一控制输入u₁，其中，所述第一控制输入u₁为施加在无人车左轮的速度；

基于所述系统状态方程和所述第一控制输入u₁，利用反步法设计无人车的控制器的第二控制输入u₂，所述第二控制输入u₂为施加在无人车右轮的速度。

2.根据权利要求1所述的全状态约束无人车的有限时间控制器的设计方法，其特征在于，所述利用反步法设计无人车的控制器的控制输入u₂，具体包括：

先利用Lyapunov函数对系统状态进行有限时间约束；

基于上述有限时间约束结果，使用反步法设计无人车的控制器的第二控制输入u₂。

3.根据权利要求1所述的全状态约束无人车的有限时间控制器的设计方法，其特征在于，所述建立无人车的系统运动学方程，基于所述系统运动学方程建立所述无人车的初始状态方程，基于所述初始状态方程，建立所述无人车的系统状态方程，具体包括：

建立无人车的系统运动学方程：

其中，(x,y)是无人车的横向位置和纵向位置，θ是无人车的运动偏角，v是无人车的速度，w是无人车的角速度；

基于所述系统运动学方程，构建无人车的初始状态方程：

x₁＝x

x₂＝y

x₃＝tanθ

u₁＝vcosθ

u₂＝wsec²θ

其中，x₁表示无人车横向位置状态，x₂表示无人车纵向位置状态，x₃表示无人车偏转角状态，u₁表示无人车左轮横向上的力，u₁表示无人车右轮横向上的力；

基于所述初始状态方程，构建无人车的系统状态方程：

其中，表示x的导数。

4.根据权利要求3所述的全状态约束无人车的有限时间控制器的设计方法，其特征在于，所述基于所述系统状态方程，利用Lyapunov函数设计无人车的控制器的第一控制输入u₁，具体包括：

基于障碍加幂积分技术和所述系统状态方程，选取满足约束条件的Lyapunov函数V₁；

对Lyapunov函数V₁求一阶导数得到表达式；

基于表达式，对系统状态x₁进行有限时间约束，得到第一控制输入u₁。

5.根据权利要求4所述的全状态约束无人车的有限时间控制器的设计方法，其特征在于，Lyapunov函数V₁的数学表达式如下：

其中，x₁表示无人车横向位置状态；B₁是系统状态的约束上界，不随时间发生变化；

表达式的数学公式如下：

计算满足有限时间稳定的第一控制输入u₁用如下公式表示：

其中，k0,0r₀1，且均为常数。