具有预设瞬稳态性能的有限时间智能车辆固定构型编队控制

来源：中国血液净化杂志2022年第3期北京时间：

作者：郭戈, 张茜, 高振宇

单位：1. 东北大学 信息科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110819;2. 东北大学 流程工业综合自动化国家重点实验室, 辽宁 沈阳 110819;3. 东北大学 秦皇岛分校控制工程学院, 河北 秦皇岛 066004"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (U1808205, 62173079);Natural Science Foundation of Hebei Province (F2020501018);Fundamental Research Funds for the Central Universities (N2023011);Youth Foundation of Hebei Educational Committee (QN2020522)

摘要：智能车辆固定构型编队的瞬态性能(如编队误差收敛速度和超调量)对车辆协同动作及车辆行驶安全至关重要。针对含有模型不确定和外部扰动的车辆固定构型编队问题，提出一种考虑预设瞬态性能和稳态性能约束的有限时间车辆编队控制方法。首先，引入一种扰动观测器，实现对由模型不确定和外部扰动构成的复合扰动的有限时间有效估计；其次，将因车载传感器感知能力受限所造成的有限感知距离和有限视角转化为编队误差性能约束，预设非对称时变性能指标规范车辆编队误差的瞬态性能和稳态性能，并构建编队误差转换函数将有约束问题转化为无约束问题；然后，基于扰动观测器、预设性能指标和编队误差转换函数，采用指令滤波和有限时间控制思想，构造了可使车辆编队误差保持在预设区域并在有限时间内收敛的纵横向一体化的有限时间固定构型编队控制器，同时避免了传统反演控制中的复杂性爆炸问题，利用李雅普诺夫稳定性理论验证了车辆固定构型编队系统的稳定性；最后，进行了MATLAB仿真试验，验证所提有限时间固定构型编队控制方法的有效性。试验结果表明：所提出的方法可在保证车辆连通性且避免碰撞的同时，使得车辆编队误差于有限时间内收敛至关于0的小邻域内，加快了收敛速度，增强了其抗干扰能力，从而提高了控制性能。

关键词：交通工程,固定构型编队控制,有限时间控制,智能车辆,预设性能约束,扰动观测器

基金资助：国家自然科学基金项目(U1808205,62173079);河北省自然科学基金项目(F2020501018);中央高校基本科研业务费专项资金项目(N2023011);河北省高等学校科学技术研究项目(QN2020522)