基于可达域计算的AWID-AWIS车辆动力学协调控制

本课题采用以控制可达域计算和控制分配为核心的协调控制方案，系统地研究具有高驱动冗余特性的AWID-AWIS车辆动力学协调和重构控制的策略与方法。主要内容包括具有全局全时协调机制的双闭环分层递阶控制系统体系结构设计,联合工况下最大可用轮胎力在线估计算法，基于计算几何的非线性约束控制可达域计算算法，有约束多目标控制分配算法（包括目标函数的优化设计），系统扰动估计算法，基于扰动估计的整车动力学控制和车轮伺服控制算法，基于可达域信息的动力学控制目标与控制性能设计和调整方法等。通过系统性的研究，建立一套理论与算法，实现冗余执行器"全配置"和任意可行配置下的AWID-AWIS车辆动力学协调与重构控制，更好地适应轮胎-路面间的非线性、不确定性作用，并经过实验研究与开发，建立AWID-AWIS车辆动力学协调控制的原型系统，为先进车辆的研发和应用提供有力的理论和技术支持。

本课题基于控制分配和控制可达域理论，对具有驱动冗余特性的AWID- AWIS车辆动力学协调控制方法进行了系统研究，取得了如下重要成果：.（1）建立了AWID-AWIS车辆动力学模型及虚拟样机。.（2）设计了以控制可达域计算和控制分配为核心的AWID-AWIS车辆动力学协调控制系统的双闭环控制体系结构。.（3）提出了非线性约束域的椭圆割线逼近法，将非线性不等式约束转化为多个线性无关约束和线性不等式约束；提出了存在多个线性不等式约束的可达域计算方法，将非线性问题转化为线性问题，有效降低了问题的难度。.（4）提出了基于连续映射的控制可达域精确计算方法，显著降低了计算复杂度，提高了计算实时性。.（5）提出了待分配控制量（多维力、力矩）是否位于控制可达域内的判别算法。针对待分配量位于控制可达域内的情况，建立了目标规划数学模型，实现了最优控制分配；进一步提出基于近似可达域的快速最优控制分配线性规划数学模型，有效解决了实时性问题。针对待分配量不位于控制可达域内的情况，运用优先因子法实现了次优控制分配。.（6）采用快速矩形逼近的非线性约束控制可达域算法计算轮胎力控制可达域，利用专家规则实现系统跟踪期望偏差的调整，设计了基于扰动实时估计的鲁棒控制器，利用控制可达域和非线性优化理论进行控制性能设计与调整，实现了AWID-AWIS车辆自主控制。.（7）基于轮胎控制可达域，采用“控制器+分配器”的分层协调控制方法，有效协调直接横摆力矩控制、制动防抱死控制和驱动防滑控制、能量回馈控制，兼顾了AWID-AWIS车辆横向稳定性控制与能量回馈效率。.（8）完成了一阶系统自抗扰控制的稳定性证明；采用“运动控制器+控制分配器+独立车轮伺服控制器”的分层式结构，基于自抗扰控制方法及扩张状态观测器实现了无人驾驶AWID-AWIS车辆控制。.本课题的研究成果除用于冗余驱动的车辆动力学协调控制外，还可用于冗余驱动飞行器、机器人、水下航行器的动力学协调控制。