[发明专利]通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器设计方法

摘要

本发明公开一种通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器设计方法，首先在车辆动力学建模过程中，考虑了横向轮胎力的因素。通过控制前轮横向轮胎力，间接产生前轮转向角，对车辆横摆运动进行有效控制；然后在建模过程中考虑轮胎侧偏刚度的变动，利用鲁棒控制算法，建立含参数不确定性的横摆运动控制模型，使得控制器对系统参数变动具有较好的鲁棒性；最后针对通信受限情况下发生的数据丢包情况，建立系统控制器，并分析其随机稳定性，从而实现在恶劣通信条件下对车辆的有效控制，利用静态输出反馈方法，避免了利用横向速度的信息，仅利用车辆横摆角速度信息即可实现对车辆进行车辆横摆运动控制。

主权项

1.通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器设计方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1、分析车辆动力学特点，考虑轮胎力因素的车辆横摆动力学方程，并据此建立二自由度车辆动力学的状态空间模型：其中，x(t)是系统状态量，x(t)＝[v_y r]^T，u(t)是控制信号，u(t)＝F_yf，w(t)是系统干扰，F_yf和F_yr分别是车辆前后轮胎的横向力，v_x和v_y分别是车辆纵向速度和横向速度，l_f和l_r分别是车辆前后轴到车辆质心的距离，m是车辆质量，I_z是转动惯量，r是车辆横摆角速度，是轮胎局部侧偏刚度，是操作点，的在操作点处的轮胎力；步骤2、分析车辆轮胎侧偏刚度参数的变动情况，建立含不确定参数的横摆运动状态空间模型：其中，ξ(t)是状态变量，y(t)是观测输出，z(t)是控制输出，u(t)是控制信号，w(t)是系统干扰，C₂＝diag{1,1,1,1}，λ_r是时变参数并且满足|λ_r|≤1，和分别是轮胎局部侧偏刚度的名义值和变动量，是轮胎局部侧偏刚度，m是车辆质量，I_z是转动惯量，l_f和l_r分别是车辆前后轴到车辆质心的距离，v_x是车辆纵向速度，x_r是参考状态，是参考状态求导；步骤3、基于含不确定参数的横摆运动状态空间模型，建立通信受限情况下的车辆横摆运动控制模型；步骤3.1、将含不确定参数的横摆运动状态空间模型进行离散化表示，确定在通信受限情况下的系统静态输出反馈控制器，并建立在通信受限情况下的车辆横摆运动控制模型；步骤3.2、给定通信受限情况下的车辆横摆运动控制模型的闭环系统随机稳定条件，求解静态输出反馈增益；步骤3.2.1、给定适当干扰抑制水平正数γ，以及通信正常率在第k步的干扰项的条件下闭环系统随机稳定，且在第k步的干扰项时满足H_∞性能，当且仅当存在对称正定矩阵X_Q，对称正定分解矩阵X_R和适维矩阵Y_R，以及参数∈＞0，使得如下不等式成立：其中式中，是组合矩阵，是通信正常率，R是分解矩阵，Y_R是适维矩阵，γ是干扰抑制水平，I是单位矩阵，Q是单位分解矩阵，X_Q是正对称矩阵，是矩阵A₀的扩展矩阵，是矩阵B的扩展矩阵，是矩阵E₁的扩展矩阵，是矩阵H的扩展矩阵，X_R是对称正定分解矩阵；是的转置矩阵，是的转置矩阵，是C₂的转置矩阵，是的转置矩阵，是Y_R的转置矩阵，R^T是R的转置矩阵，Q^T是Q的转置矩阵，C₂＝diag{1,1,1,1}；步骤3.2.2、通过求解上述矩阵不等式，得到对称正定分解矩阵X_R和适维矩阵Y_R；并根据对称正定分解矩阵X_R和适维矩阵Y_R计算静态输出反馈增益K，其中步骤3.3、利用所得的静态输出反馈增益，设计通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器，该控制器可以根据车辆前轮胎的横向力计算出车辆前轮转角，并据此对前轮转角进行转向，以实现车辆的横摆运动控制。