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《浙江大学》 2002年
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一类严格反馈非线性系统鲁棒控制及其在汽车巡航控制中的应用

邢建国  
【摘要】: 汽车纵向运动控制可以分解为级联的几个子系统控制问题。最上层是目标控制,实现期望的纵向运动(如巡航控制的目标是控制车距、车速和防撞);中间层是加速度控制,最底层是(驱动和制动)力矩控制。其特点是上层状态受控于下层输出,可描述为严格反馈系统。 本文在汽车巡航控制应用背景下,讨论了严格反馈非线性系统的鲁棒控制问题,给出构造性的非线性控制器设计方法:DSC(Dynamical Surface Control)鲁棒控制器,并对闭环系统稳定性进行了分析,证明了调节问题的指数稳定性和任意有界误差跟踪性能。DSC控制器通过对消系统非线性项,将系统动态驱至线性滑模态;引入动态滤波器,确保系统的状态及输入输出有界,同时避免了对非线性模型多次求导带来的复杂性;在虚拟控制输入中利用附加项来克服不满足匹配条件的不确定性。当不确定性以模型参数形式出现时,可以使用自适应的方法来在线估计未知参数的大小。在DSC控制器的基础上给出了参数自适应律以及参数估计收敛性分析。基于状态反馈的控制器要求所有的状态可以获得,但实际过程中由于成本和技术等原因只有部分状态可测时,必须考虑设计状态观测器,从系统输出和输入数据来重构系统状态。文中给出了一般非线性系统及严格反馈系统状态观测器的设计方法。 车辆系统是复杂的非线性系统。在机理分析基础上建立了适合于控制应用的车辆动力学模型、发动机及制动系子模型及相应的纵向运动控制律。对SC6350B微型汽车的仿真结果表明了所提出的模型和控制律的有效性和可行性。在此基础上,应用CTH(Const Time Headway)策略解决巡航控制中的常见四种工况。仿真结果表明,在车辆之间相对速度较小的情况下,控制算法与驾驶员正常驾驶时表现类似,但控制精度更高。而在防撞控制时(躲避静止障碍物或横穿马路的移动物体)相对速度较大,但CTH策略假定相对车速较小,为此文中给出了修正的CTH算法。分析表明按CTH策略控制的车队其车距误差不会在车队中放大传播。 控制器的实施是检验和应用控制算法的最终环节。如何保证控制器在实时环境下正常运行,是多任务操作系统必须要解决的问题。本文给出了时间触发 (Time Triggered)和事件驱动(Event Driven)任务的改进的全优先级调度算法, 并分析了最坏情况下的系统实时响应性能和基于事件统计特性的动态响应性 能。这些结论对控制器的设计具有实际的工程指导意义。 进一步的研究工作包括:执行器具有未知滞后的DSC控制器鲁棒性;将DSC 设计思想扩展到多输入多输出系统;汽车控制器集成开发环境等。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP29

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