[发明专利]基于自抗扰与微分平滑的ALV横向控制方法

摘要

本发明提出一种基于自抗扰与微分平滑的ALV横向控制方法，并通过不同条件下的仿真证明了微分平滑与自抗扰相结合方法对欠驱动系统的控制效果及鲁棒性。首先建立地面自主驾驶车辆横向动力学模型；然后再根据该动力学模型，设计其微分平滑输出；最后根据所述的微分平滑输出和控制律以及自抗扰控制器，设计地面自主驾驶车辆横向控制系统的复合控制器。所述的自抗扰控制器包括跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性反馈控制律。

主权项

一种基于自抗扰与微分平滑的ALV横向控制方法，其特征在于：首先建立地面自主驾驶车辆横向动力学模型；然后再根据该动力学模型，设计其微分平滑输出；将微分平滑输出进行模型变换得到仿射型系统；最后根据所述的微分平滑输出以及自抗扰控制器，设计地面自主驾驶车辆横向控制系统的复合控制器；其中，复合控制器包括微分平滑输出、跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性反馈控制律；根据地面自主驾驶车辆的动力学模型所设计的微分输出如下其中，vy是车辆横向速度，r是车辆横摆角速度，lf为质心与前轴之间的距离，m为整车装备质量，Caf为前轮胎的侧偏刚度，Iz表示绕Z轴的转动惯量；系统所有状态，vy、r及控制输入δf均可由微分平滑输出F及其导数的函数来表示，因此根据微分平滑系统的定义，欠驱动运动控制系统在实施航迹控制时，具有微分平滑的特性；所述的跟踪微分器采用以下模型：其中而sgn为符号函数，其中，d＝r0h0,d0＝dh0,y0＝v1(k)‑Fr+hv2(k)其中，r0是待调参数，也是跟踪微分器的速度因子，h0是滤波因子，h为采样步长，Fr为平滑函数的参考轨迹，且Vyr和rr分别为横向速度和车身姿态角速度的参考轨迹，v1(k)为用来跟踪的输入信号，v2(k)是得到输入信号的近似微分信号,k表示时刻，d、d0、a、a0、y0为方程解算过程中的中间 变量，在迭代中消除；通过求解此方程来获取近似微分信号，即一边跟踪输入信号，一边获取其近似的微分信号；所述的扩张状态观测器采用以下模型：其中：其中，z1(k)、z2(k)、z3(k)是k时刻扩张状态观测器的输出，h为采样步长，b0为控制变量的系数z1(k+1)、z2(k+1)、z3(k+1)是扩张状态观测器的输出，z1(k+1)跟踪系统状态v1(k),z2(k+1)跟踪系统的状态v2(k),z3(k+1)是估计系统的内部扰动和外部扰动，β01,β02,β03是观测器的系数，体现观测器的观测能力，e是状态误差,u(k)是系统的控制量，y为系统输出，δ是幂次函数fal的线性段区间长度，需要满足δ∈[0,1]，取δ＝0.01，α表示幂次函数fal的幂，α在两个fal函数中表示为α1和α2，满足0<α2<α1<1，取α1＝0.5，α2＝0.25；所述的非线性反馈控制律采用以下模型：其中，e1、e2分别是观测量与输入信号之间的误差及其微分，Kp、KD为误差反馈增益，体现控制器的控制能力，上式中δ满足δ∈[0,1]，取δ＝0.01，两个幂次函数的幂满足0<αp<1<αD，取αp＝0.5，αD＝2；得到自抗扰控制器控制律的表达式如下：u(k)＝u0‑z3(k)/b0        (5)。