[发明专利]一种车辆队列状态约束有限时间控制系统及方法

权利要求书

1.一种车辆队列状态约束有限时间控制系统，其特征在于，包括依次相连接的状态约束模块、虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及车辆动力控制信号求解模块；

所述状态约束模块用于构建性能约束函数p_i(t)，引入非线性函数将误差函数e_i(t)与性能约束函数p_i(t)进行非线性变换e_i(t)＝f(ε_i)p_i(t)；

所述虚拟控制输入求解模块基于状态约束函数的误差系统,选取关于误差e_i(t)的函数，通过构造Lyapunov函数，借助有限时间控制技术，用于获取使车辆状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入β_i(t)；

所述实际控制输入求解模块用于根据状态约束模块中非线性变换得到的误差系统，结合虚拟控制输入求解模块中得到的虚拟控制输入，再一次构造Lyapunov函数，根据有限时间控制技术进一步获取实际控制输入u_i(t)；

所述车辆动力控制信号求解模块用于根据实际控制输入求解模块得到的实际控制输入进行车辆加减速控制信号的获取，当实际控制输入大于0时，车辆加速；当实际控制输入小于0时，车辆减速，进一步地根据加减速控制信号获取实现安全跟车间距的加减速执行指令信号。

2.根据权利要求1所述的一种车辆队列状态约束有限时间控制系统，其特征在于，实际控制输入u_i(t)为：

式中，k₁表示驾驶员反应时间所引起的间距误差调整系数，k₂表示刹车距离跟速度平方的比例系数，v_i为第i辆车的速度，为常数，m_i为第i辆车的质量，τ_i为发动机时间常数，β_i(t)为虚拟控制律，ξ_i为误差变换后的新误差，其中g_i(v_i,v_i-1,a_i)和f_i(v_i,a_i)均为关于速度和加速度的非线性函数，φ_i(t)为关于时间t的函数，ε_i是误差e_i(t)非线性变换后的误差相关量，z₂0,γ＞0为实际控制律参数。

3.一种车辆队列状态约束有限时间控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立车辆队列系统动力学模型，主要包括车辆二次车间距误差数学模型和单车动力学模型；

(2)建立误差状态变量，将车辆队列系统动力学模型进行三阶非线性误差模型的转换，确定车辆队列系统中第i辆车的误差状态量x_i、控制输入u_i以及输出量y_i；

(3)建立有限时间性能函数p_i(t)；

(4)将系统第i辆车与第i-1辆车的二次车间距误差按e_i(t)＝f(ε_i)p_i(t)进行非线性映射变换，非线性函数f(ε_i)是关于ε_i(t)的函数，ε_i(t)是误差e_i(t)非线性变换后的误差相关量；

(5)在车辆队列状态约束有限时间控制器的虚拟控制输入求解模块中构建关于有限时间性能函数的虚拟控制律β_i(t)；

(6)车辆队列状态约束有限时间控制器的实际控制输入求解模块根据系统三阶误差模型和虚拟控制输入获取实际控制输入u_i(t)；

(7)车辆动力控制信号求解模块根据实际控制输入u_i(t)进行车辆加减速控制信号的获取，根据获取的加减速控制信号进一步地求解加减速执行指令信号，实现车辆队列间目标车间距有限时间的快速、准确跟踪。