主动驾驶鲁棒控制系统设计

本书重点介绍了几种影响车辆动力学特性的控制方法，这些控制方法能够辅助驾驶员提高驾乘舒适性、附着力、经济性以及安全性等，并始终保证驾驶员的可操纵权限大于驾驶辅助系统。基于线性变参数框架，单一组件的控制问题通过运用统一的建模与设计方法实现模型搭建与求解。理想的整车操纵行为是以保证整车协同控制性能为前提，通过多个单独的控制组件间的相互作用来实现。同时，整车协同控制问题也是在线性变参数框架下建立并求解的。本书所阐述的*重要部分包括：建模与控制器设计中线性变参数模型的应用；鲁棒线性变参数设计的应用：主动驾驶员辅助系统中布置控制任务的统一框架；整车协同控制问题的建立与解决方案；可重构与容错控制结构体系设计的方案；即插即用概念的建立与解决方案；详细的案例分析。本书将受到高校科研人员、控制工程与车辆控制专业研究生以及汽车制造业工程师的欢迎。

译者序
缩写词
第1章介绍1
第1部分线性变参数系统的建模与控制
第2章线性变参数系统的建模8
2.1线性变参数模型的结构9
2.2线性变参数系统建模的线性化11
2.2.1雅可比矩阵线性化12
2.2.2非均衡线性化13
2.2.3模糊线性化14
2.2.4准线性变参数系统的线性化14
2.2.5线性变参数模型的非唯一性16
2.3基于线性分式变换技术的线性化19
2.4性能驱动线性变参数系统建模21
2.5两个子系统的线性变参数系统建模25
2.5.1垂向动力学建模25
2.5.2垂向动力学中的非线性部分28
2.5.3横摆-侧倾动力学线性变参数建模33
2.6灰箱辨识与参数估计37
2.6.1基于观测器的辨识38
2.6.2基于自适应观测器的辨识方法39
2.7参数估计：案例分析40
2.7.1悬架系统的辨识40
2.7.2横摆-侧倾系统的辨识45
2.7.3线性变参数系统中的故障估计54
第3章线性变参数系统的鲁棒控制59
3.1性能建模59
3.2不确定性部分的建模62
3.3基于线性变参数模型的控制系统设计63
3.3.1非线性控制器的方程64
3.3.2基于单李雅普诺夫函数方法的控制器设计64
3.3.3多面体方法65
3.3.4一种基于线性分式变换的控制器设计67
3.4基于参数依赖李雅普诺夫函数方法的控制器设计70
3.4.1线性变参数系统的分析70
3.4.2考虑L2诱导范数性能的线性变参数系统控制72
3.4.3不精确的线性变参数系统控制设计76
第2部分垂向与纵向控制
第4章垂向动力学中的悬架系统80
4.1基于垂向性能的系统建模81
4.1.1性能指标81
4.1.2控制系统设计中的加权函数82
4.2考虑不确定性影响的垂向动力学建模84
4.2.1参数不确定性84
4.2.2加权函数86
4.3基于Ｈ∞控制的主动悬架设计87
4.4基于线性变参数控制的主动悬架设计92
4.5主动悬架系统的分层控制设计95
4.5.1执行器的动力学建模96
4.5.2基于反步法设计的跟踪控制98
4.5.3模拟仿真结果100
第5章具有侧翻抑制功能的防倾杆103
5.1横摆与侧倾动力学特性的
建模105
5.1.1侧翻阈值105
5.1.2加权函数的设计107
5.2侧翻抑制系统的线性变参数控制方法110
5.3具有容错能力的侧翻抑制系统的设计112
第6章纵向动力学中的自适应巡航控制117
6.1自适应巡航控制117
6.2基于模型的鲁棒控制设计119
6.2.1纵向动力学建模119
6.2.2鲁棒控制策略120
6.2.3执行器动力学建模120
6.2.4反馈控制器的设计121
6.3基于多目标优化的速度设计123
6.3.1速度设计的动机123
6.3.2速度曲线的设计124
6.3.3前瞻控制的最优化原理125
6.4车辆巡航控制的优化方法126
6.4.1速度设计中前车的操纵性127
6.4.2速度设计中跟随车辆的动态表现128
6.4.3车道变换的决策方法130
6.5驾驶／制动系统中控制方法的实现131
6.5.1控制器软件在环的实现132
6.5.2模拟仿真结果133
第3部分横向及集成控制
第7章车辆集成控制系统的设计138
7.1车辆集成控制的动机138
7.2集成控制中的线性变参数概念141
7.3局部和可重构控制系统的设计142
7.3.1制动系统的设计144
7.3.2转向系统的设计145
7.3.3悬架系统的设计146
7.3.4执行器选型的步骤147
7.3.5分散控制中的故障信息150
7.4轨迹跟踪控制系统的设计151
7.4.1轨迹跟踪系统的建模151
7.4.2控制设计中的加权函数152
7.4.3集成控制系统的设计154
7.4.4模拟仿真结果155
第8章可变几何悬架系统控制159
8.1车辆模型的横向动力学159
8.2可变几何悬架系统的建模161
8.3可变几何悬架的鲁棒控制系统163
第9章轮毂电动机的控制设计168
9.1装有轮毂电动机的车辆控制系统设计168
9.2线性变参数控制器的上层控制系统设计170
9.3控制策略的执行172
9.4模拟结果173
9.4.1轮毂电动机故障模拟175
9.4.2转向系统故障模拟175
第10章控制系统中的驾驶人模型180
10.1以控制设计为目的的驾驶人模型182
10.2横向动力学的控制导向模型183
10.3驾驶人与车辆系统的互联183
10.4驾驶人辅助系统的性能指标185
10.4.1性能方程185
10.4.2系统性能的权重分配策略186
10.5驾驶人辅助系统的综合控制系统设计187
10.5.1模拟结果188
10.5.2驾驶人模型的模拟仿真环境190
附录194
附录A线性变参数系统模型194
A1可控性，可观测性，可稳定性194
A2变参数的不变空间202
A3可辨识性207
A4采样时间的作用208
A5线性变参数系统的自适应观测器211
A6几何法设计qLPV FDI214
附录BLPV系统的鲁棒性控制217
B1结构不确定性217
B2基于非线性∞方法的控制系统设计220
B3基于LFT的qLPV控制器设计225
参考文献231