一种双无人车动态轨迹跟踪与避障自适应鲁棒控制方法

技术特征：
1.一种双无人车动态轨迹跟踪与避障自适应鲁棒控制方法，所述双无人车包括侦察车和救援车，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、基于拉格朗日建模方法，建立侦察车和救援车统一的无人车动力学模型；步骤2)、根据控制目标，建立侦察车所需要的目标到达约束，救援车所需要的轨迹跟踪约束和避障约束的数学模型；步骤3)、基于约束跟随理论对步骤2)建立的到达约束、轨迹约束和避障约束的数学模型进行分析，构建约束跟随误差，作为控制器设计的控制对象；步骤4)、基于步骤1)建立的无人车动力学模型，确定综合描述系统不确定性界值的函数，结合步骤2)中得到的数学模型，以及步骤3)构建的约束跟踪误差，构建自适应律与自适应鲁棒控制器。2.根据权利要求1所述的双无人车动态轨迹跟踪与避障自适应鲁棒控制方法，其特征在于，步骤1)中，基于拉格朗日建模方法，建立侦察车和救援车统一的无人车动力学模型，具体为：其中是不确定性，t表示时间，q(t)∈r
n
表示坐标，其为时间的函数，分别为速度与加速度，m(q,σ,t)是惯性矩阵，是科里奥利离心力，g(q，σ，t)是重力，是摩擦力及其他外部的干扰，τ∈r
n
是控制输入；针对系统的不确定性处理问题，对该模型进行分解，把动力学模型分解成标称部分和不确定部分：不确定部分：不确定部分：不确定部分：其中是标称部分，δm(
·
)，δc(
·
)，δg(
·
)，δf(
·
)为不确定部分。3.根据权利要求2所述的无人车轨迹跟踪与避障自适应鲁棒控制方法，其特征在于，步骤2)中，根据控制目标，建立侦察车所需要的目标到达约束，救援车所需要的轨迹跟踪约束和避障约束的数学模型，并以一阶约束和二阶约束的形式表达，具体为：(1)侦察车的到达约束：定义到达约束的数学模型：e1(t)：＝h2(q(t))-s2，其中：e1(t)即为到达约束的数学模型，q(t)为侦察车坐标，为到达目标参考点坐标，s为目标到达区域的半径；求导，得到到达一阶伺服约束的数学模型：
其中l是一个常数且l＞0；求二阶导得到到达二阶伺服约束的数学模型：从而得到到达约束矩阵：到达约束向量：c1(q(t))＝ls
2-lh(q(t))，(2)救援车的轨迹跟踪约束：定义轨迹跟踪约束的数学模型：e2(t)＝q2(t)-q1(t)，其中e2(t)为轨迹跟踪约束的数学模型，q1(t)为侦察车轨迹的坐标，q2(t)为救援车的坐标；求导，得到轨迹跟踪一阶约束的数学模型：求二阶导数得到轨迹跟踪二阶约束的数学模型：从而得到轨迹跟踪约束矩阵：a2(q(t))＝[1 1]；轨迹跟踪约束向量：轨迹跟踪约束向量：(3)救援车避障约束：定义避障约束的数学模型：e3(t)＝ln(k-f)，其中：f＝||q(t)-q0||，e3(t)为避障约束的数学模型，q(t)为救援车的坐标，q0是障碍物坐标，k是安全范围的半径；求导，得到避障一阶约束的数学模型：求二阶导数得到避障二阶约束的数学模型：
从而得到避障约束矩阵：避障约束向量：c3(q(t))＝0，4.根据权利要求3所述的双无人车动态轨迹跟踪与避障自适应鲁棒控制方法，其特征在于，基于约束跟随理论对步骤2)建立的到达约束、轨迹约束和避障约束的数学模型进行分析，构建约束跟随误差，作为控制器设计的控制对象，具体方法为：构建到达约束的约束跟随误差：构建轨迹跟踪约束的约束跟随误差：构建避障约束的约束跟随误差：包含到达约束的跟随误差β1、轨迹跟踪的约束跟随误差β2和避障约束的跟随误差β3的约束跟随误差向量为：β＝[β1，β2，β3]
t
，为了简化书写，后文中使用q，代替q(t)，5.根据权利要求4所述的双无人车动态轨迹跟踪与避障自适应鲁棒控制方法，其特征在于，步骤4)中，基于步骤1)建立的无人车动力学模型，确定综合描述系统不确定性界值的函数，结合步骤2)中得到的约束矩阵、约束向量，以及步骤3)构建的约束跟踪误差，构建自适应律与自适应鲁棒控制器，具体方法为：基于步骤1)的无人车动力学模型，分析其不确定性，确定不确定性参数σ的一般形式，并通过以下不等式进行放缩变换，得到综合描述系统不确定性界值的函数π(
·
)：其中其中其中
其中α是函数π(
·
)中的不确定性变量，κ是控制增益，p是转移矩阵，ρ
e
＞-1为常数，a是综合步骤2)中的约束矩阵，表示为a＝[a1(q)，a2(q)，a3(q)]
t
，c是综合两种约束的约束向量，表示为c＝[c1(q)，c2(q)，c3(q)]
t
；；(
·
)-1
表示矩阵的逆，(
·
)
t
表示矩阵的转置；基于步骤2)构建的综合三种约束的约束跟随误差β，以及本步骤所构建的函数π(
·
)，构建能够自评估不确定性变量α的自适应律：其中是对α的估计值，k1，k2＞0为设计参数；设计如下自适应鲁棒鲁棒控制器：其中为下式其中其中其中ξ＞0为常数。6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现权利要求1-5任一项所述的方法，进行双无人车动态轨迹跟踪与避障自适应鲁棒控制。

技术总结
本发明公开一种双无人车轨迹跟踪与避障自适应鲁棒控制方法，分为以下步骤：步骤1)、建立侦察车和救援车统一的无人车动力学模型；步骤2)、根据控制目标，建立侦察车所需要的目标到达约束，救援车所需要的轨迹跟踪约束和避障约束的数学模型；步骤3)、基于约束跟随理论对步骤2)建立的到达约束、轨迹约束和避障约束的数学模型进行分析，构建约束跟随误差，作为控制器设计的控制对象；步骤4)、基于步骤1)建立的无人车动力学模型，确定综合描述系统不确定性界值的函数，结合数学模型，以及约束跟踪误差，构建自适应律与自适应鲁棒控制器。本发明能够解决双无人车系统中侦察车目标到达、救援车轨迹跟踪与避障的问题，并具有优秀的控制性能。能。能。


技术研发人员：孙芹芹 王修业 吴子潇
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/7/18