【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆队列控制，尤其涉及一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统。
技术介绍
1、随着城市化和汽车技术的不断进步，汽车已经成为重要的交通工具，为社会发展和人类生活带来了巨大的便利，但随之而来的空气污染和交通拥堵问题日益严重。智能交通系统作为解决城市交通问题的有效手段，受到了国内外学者的广泛关注。而智能车辆的队列控制作为智能交通系统建设的关键环节，旨在通过协调车辆的行驶行为来提高交通流效率、减少能源消耗和提高道路安全。已有研究表明，减少车间距可以显著降低燃料消耗和空气阻力。因此，为了减小车辆队列在长距离行驶过程中的能源消耗，并给出最小能耗下的车辆队列期望车间距，从而实现更加高效、安全、绿色的道路行驶引起了广泛关注。
2、在车辆队列行驶过程中，需要车辆在水平路面上保持恒定车间距行使。目前，针对车辆队列系统的控制研究已取得了很多成果，但现有技术仍然存在如下几方面问题：
3、第一，在现有的基于复合扰动观测器的异构车辆队列系统鲁棒控制方法中，大多存在未知外部扰动和最小近似误差的相关假设。然而在实际行驶过程中，这些严苛的假设条件往往很难被满足，导致异构车辆队列系统控制性能下降，稳定性降低。
4、第二，在现有的基于复合扰动观测器的异构车辆队列系统鲁棒控制方法中，没有明确的性能目标，控制系统无法有效地实现车辆间的同步和期望的车间距，同时车辆队列可能会经历不必要的加速和减速，导致能耗增加。
5、在现有的车辆队列系统控制方法研究中，所考虑的车辆大多为同品牌、同质量车。但从实际角度来看
技术实现思路
1、本专利技术提供一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，以克服上述技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，包括三阶异构车辆队列模型、模糊逻辑系统模块、耦合滑模面模块、扰动观测器模块、自适应律模块以及鲁棒控制器模块；
4、所述三阶异构车辆队列模型，用于根据三阶异构跟随车辆队列系统模型与领航车模型进行异构车辆编队，以获取异构车辆编队信息并分别传输至模糊逻辑系统模块、耦合滑模面模块、扰动观测器模块、自适应律模块以及鲁棒控制器模块，且所述异构车辆编队信息包括领导车位置、领导车速度、领导车加速度、跟随车位置、跟随车速度以及跟随车加速度；
5、所述耦合滑模面模块，用于根据异构车辆编队信息获取异构车辆编队的二次间距误差，并根据所述二次间距误差定义时变性能函数与误差转换函数，以构建用于确保车辆队列的串稳定性的耦合滑模面，并将所述耦合滑模面分别传输至自适应律模块与鲁棒控制器模块；
6、所述模糊逻辑系统模块，用于对异构车辆编队中的未知非线性动态进行辨识，并将其输出分别传输至扰动观测器模块、自适应律模块以及鲁棒控制器模块；
7、所述扰动观测器模块，用于根据模糊逻辑系统模块的输出与三阶异构车辆队列模型的未知外部扰动信息，构建复合扰动观测器并将其输出传输至鲁棒控制器模块；
8、所述自适应律模块，用于根据三阶异构车辆队列模型、模糊逻辑系统模块以及耦合滑模面模块的输出，构建车辆队列控制器的自适应律，并将其输出传输至鲁棒控制器模块；
9、所述鲁棒控制器模块，用于根据三阶异构车辆队列模型、模糊逻辑系统模块、耦合滑模面模块、扰动观测器模块以及自适应律模块的输出，构建车辆队列控制器的鲁棒控制器。
10、进一步的，所述三阶异构跟随车辆队列系统模型，其表达式为
11、
12、式中：pi,vi,ai分别表示第i辆车的位移、速度以及加速度；gi表示中间变量且di表示未知外部扰动信息且di表示由风阻和颠簸路面所导致的未知外部扰动；mi表示第i辆车的质量；cai表示空气阻力系数；fi(ai,vi)表示未知非线性动态项，且ai表示横切面积；表示空气密度；ηi表示车辆机械效率；ξi表示路面坡度系数且表示滚动阻力且δi表示路面坡度；g表示重力加速度；表示滚动阻力系数；表示重力，且ri表示车辆轮胎半径；ui表示节气门或制动控制扭矩输入；τi表示动力学特性时间常数；
13、所述领航车模型的表达式为
14、
15、式中：p0,v0,a0分别表示领航车的位移、速度以及加速度。
16、进一步的，所述耦合滑模面模块根据异构车辆编队信息获取异构车辆编队的二次间距误差，并根据所述二次间距误差构建用于确保车辆队列的串稳定性的耦合滑模面的方法，具体包括以下步骤：
17、根据异构车辆编队信息获取异构车辆编队的二次间距误差zi(t)，其表达式为
18、
19、式中：表示不包含初始值的间距误差；表示的初始值；pi-1表示第i-1辆车的位移；表示一个指数项；σi表示常数且σi＞0；表示车辆长度；μ表示安全系数；γ表示用于补偿车辆队列中加速和制动所导致的延迟；λ表示最小安全距离；表示最大可行加速度的绝对值；κ(t)表示为了确保二次间距误差收敛到指定的性能边界内，定义的标量函数，且满足0＜κ∞＜1是常数；κ(0)＝1与κ(t)的导数是分段连续且有界；
20、基于异构车辆编队的二次间距误差zi(t)，定义标量函数的时变性能函数与误差转换函数ρi(zi(t))，其表达式为
21、
22、式中：表示设计参数且满足
23、且ρi(zi(t))满足
24、根据误差转换函数ρi(zi(t))引入有界函数ωi(t)，且
25、根据有界函数ωi(t)定义障碍函数ξi(t)，其表达式为
26、
27、根据定义的障碍函数ξi(t)获取积分滑模面si(t)，其表达式为
28、
29、式中：λi,λi0,λi1均为设计参数；表示ξi(t)的一阶导；
30、根据所述积分滑模面si(t)构建用于确保车辆队列的串稳定性的耦合滑模面si(t)，其表达式为
31、
32、式中：q为常数且q＞0；si+1(t)表示第i+1辆车的积分滑模面。
33、进一步的，所述模糊逻辑系统模块对异构车辆编队中的未知非线性动态进行辨识，以获取辨识处理后的模糊基函数
34、且对异构车辆编队中的未知非线性动态进行辨识的表达式为
35、
36、式中：zi＝[vi,ai]t,εi(zi)表示最小逼近误差；表示模糊基函数；表示最优参数向量。
37、进一步的，构建的所述复合扰动观测器，其表达式为
38、
39、式中：θi表示中间变量且θi＝di-εi；表示辅助变量且li表示常数且li＞0；表示的一阶导，且分别表示θi,的估计值。
40、进一步的，构建的所述车辆队列控制器的自适应律，其表达式为
41、
42、式中：γ本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，包括三阶异构车辆队列模型、模糊逻辑系统模块、耦合滑模面模块、扰动观测器模块、自适应律模块以及鲁棒控制器模块；
2.根据权利要求1所述的一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，所述三阶异构跟随车辆队列系统模型，其表达式为
3.根据权利要求1所述的一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，所述耦合滑模面模块根据异构车辆编队信息获取异构车辆编队的二次间距误差，并根据所述二次间距误差构建用于确保车辆队列的串稳定性的耦合滑模面的方法，具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，所述模糊逻辑系统模块对异构车辆编队中的未知非线性动态进行辨识，以获取辨识处理后的模糊基函数
5.根据权利要求4所述的一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，构建的所述复合扰动观测器，其表达式为
6.根据权利要求5所述的一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，构
7.根据权利要求6所述的一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，构建的所述车辆队列控制器的鲁棒控制器，其表达式为
...【技术特征摘要】
1.一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，包括三阶异构车辆队列模型、模糊逻辑系统模块、耦合滑模面模块、扰动观测器模块、自适应律模块以及鲁棒控制器模块；
2.根据权利要求1所述的一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，所述三阶异构跟随车辆队列系统模型，其表达式为
3.根据权利要求1所述的一种模糊自适应性能约束车辆队列控制器的设计系统，其特征在于，所述耦合滑模面模块根据异构车辆编队信息获取异构车辆编队的二次间距误差，并根据所述二次间距误差构建用于确保车辆队列的串稳定性的耦合滑模面的方法，具体包括以下步骤：
4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李永明，李克文，徐莺，董国伟，于昆廷，佟绍成，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：
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