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原文传递一种基于逆最优控制的智能汽车自适应巡航控制方法

专利名称：	一种基于逆最优控制的智能汽车自适应巡航控制方法
摘要：	本发明公开了一种基于逆最优控制的智能汽车自适应巡航控制方法，包括步骤如下：步骤一：基于多输入多输出离散时间非线性无模型系统建立智能车辆纵向动力学模型；步骤二：构建最优问题，确定最优控制器；步骤三：验证所提出的控制器保证车辆李雅普诺夫稳定性；步骤四：验证所提出的控制器能够满足性能指标的最优性。本发明相比于其他控制方法，考虑了不确定的非线性离散时间系统，在应用上更为广泛。本发明方法能够有效地保证车辆的安全性，避免了HJB方程，并最小化一个有意义的代价函数。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	杭州电子科技大学
发明人：	颜成钢;陈曦妍;翟春杰;陈慧勤;尹克;王博;陈楚翘;丁贵广;付莹;郭雨晨;赵思成;孙垚棋;朱尊杰;高宇涵;王鸿奎;赵治栋;殷海兵;王帅;张继勇;李宗鹏
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-15T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-07T00:00:00+0800
申请号：	CN202311026031.X
公开号：	CN117002501A
代理机构：	杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	朱月芬
分类号：	B60W30/14;B60W50/00;G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14;B;G;B60;G06;B60W;G06F;B60W30;B60W50;G06F30;G06F119;B60W30/14;B60W50/00;G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14
申请人地址：	310018 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街
主权项：	1.一种基于逆最优控制的智能汽车自适应巡航控制方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤一：基于多输入多输出离散时间非线性无模型系统建立智能车辆纵向动力学模型；步骤二：构建最优问题，确定最优控制器；步骤三：验证所提出的控制器保证车辆李雅普诺夫稳定性；步骤四：验证所提出的控制器能够满足性能指标的最优性。 2.根据权利要求1所述的一种基于逆最优控制的智能汽车自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤一具体实现如下：步骤1.1车辆纵向动力学模型；车辆动力学表示为： sk-1-sk＝h(xk) (1) xk+1＝F(xk，uk)+ωk，k＝0，1，2，…， (2) 其中，xk，xk+1∈Rn-1，uk∈R，ωk∈Rm分别表示车辆在k和k+1时刻的状态，k为自然数，控制输入以及不可测量的外部扰动；F为系统方程，h大于0；另外，sk，sk-1和vk分别表示车辆在k和k-1时的纵向位置和k时的速度，两者满足运动学关系； sk-1-sk＝Δt×vk (3) 式中，Δt为时间间隔；步骤1.2性能指标；车辆代价函数为：车辆外部干扰其中ωmax是固定常数；V：Rn是一个半正定函数，V(0)＝0；Q，R，P均为可调节的正定矩阵。 3.根据权利要求2所述的一种基于逆最优控制的智能汽车自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤二具体实现如下：步骤2.1.最优控制器；根据贝尔曼最优原则可知，在无限视界优化情况下，车辆代价函数V(xk)是一个不随时间发生变化的恒定值，离散时间贝尔曼方程表示为：式中V(xk+1)由xk，uk和式子(1)中的xk+1共同决定；为得到最优评价指标，定义离散时间Hamilton H为最优控制律应满足的一个必要条件为可求得最优代价函数下的控制输入：式中边界条件为V(0)＝0，g：Rn→：Rn×m为平滑映射，对于所有的车辆来说，g(xk)≠0；步骤2.2.基于安全性提出李亚普诺夫稳定性条件；条件1：V(xk)是一个无界正定函数，且V(0)＝0.对于任意的xk∈Rn，都存在uk使得 ΔV(xk，uk)＜0 (8) 其中李亚普诺夫差值ΔV(xk，uk)定义为，V(xk+1)-V(xk)＝V(f(xk)+g(xk)uk)-V(xk)；条件2：存在一个正定函数V：Rn→：R且常数c1，c2，c3＞0，p＞1令： c1\|\|x\|\|p≤V(xk)≤c2\|\|x\|\|p (9) 满足上述条件则系统满足李雅普诺夫稳定性，xk＝0为系统李雅普诺夫稳定性的平衡点。 4.根据权利要求3所述的一种基于逆最优控制的智能汽车自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤三具体实现如下：步骤3.1控制律；逆最优控制问题是基于V(xk)的；因此，构建一个CLF V(xk)令步骤2.2中的条件1和2满足；设计最优状态反馈控制律：其中，为最优控制律，其待价函数为：其中，f(xk)+g(xk)uk＝F(xk)，g：Rn→：Rn×m为平滑映射；解得：其中Q1(xk，ωk)＝gT(xk)Q(f(xk)+ωk)，f(xk)+g(xk)uk＝F(xk)，是正定的对称矩阵，这保证了控制律中逆矩阵的存在；步骤3.2稳定性证明；选择Q和P，保证保证xk＝0的稳定性；此外，通过Q和P，令/>负定：对于任意xk∈Rn，ωk∈Rn，存在实数uk使得ΔV(xk，ωk，uk)＜0，其中V(xk)为正定函数，ΔV(xk，ωk，uk)＝V(xk+1)-V(xk)＝V(F(xk，uk)+ωk)-V(xk)，则系统全局渐进稳定；故在 sup\|\|ωk\|\|＜c，ξQ＝λmin(Q)，ξP＝λmin(P)，ξQ\|\|xk\|\|2＞c2ξP (16)下，车辆满足稳定性，安全性能得到保证。 5.根据权利要求4所述的一种基于逆最优控制的智能汽车自适应巡航控制方法，其特征在于，步骤四具体实现如下：令令N→∞ 对于所有的x都有V(xN)→0 当且仅当uk＝α(xk)时，上式有最小值，控制器最优性证毕。