人机共驾控制方法以及装置、电子设备、存储介质
阅读说明：本技术 人机共驾控制方法以及装置、电子设备、存储介质 (It is man-machine to drive control method and device, electronic equipment, storage medium altogether ) 是由 孙中伟 刘悦 张辉 于 2019-08-16 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种人机共驾控制方法以及装置、电子设备、存储介质。该方法包括根据预设控制要求,建立动力学模型；以及根据驾驶员转矩输入,建立车载控制器的转矩输出模型,以使车载控制器的输出转矩根据驾驶员的所述驾驶员转矩输入变化进行变化。本申请解决了人机共驾控制效果不佳的技术问题。通过本申请使得车载控制器输出转矩可以根据驾驶员转矩变化率实时变化,以减少其对驾驶员的干扰。(This application discloses a kind of man-machine control method and device, electronic equipment, storage medium are driven altogether.This method includes being required according to default control, establishes kinetic model；And inputted according to driver's torque, the torque output model of Vehicle Controller is established, so that the output torque of Vehicle Controller is changed according to driver's torque of driver input variation.Present application addresses man-machine drive altogether to make ineffective technical problem.Allow Vehicle Controller output torque according to driver's torque rate of change real-time change by the application, to reduce its interference to driver.)
技术领域
本申请涉及无人驾驶汽车决策与控制领域，具体而言，涉及一种人机共驾控制方法以及装置、电子设备、存储介质。
背景技术
无人驾驶能够缓解交通拥堵，减轻驾驶员的负担，并在一定程度上提高乘坐舒适性。
本申请实施例中人发现，在人机共驾的共享控制框架中，车载控制器与驾驶员控制独立运行，缺少信息交互。进而造成车载控制器会有干扰驾驶员的驾驶行为的情况发生。进一步，还会对车辆的安全性造成威胁。
针对相关技术中人机共驾控制效果不佳的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种人机共驾控制方法以及装置、电子设备、存储介质，以解决人机共驾控制效果不佳的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种人机共驾控制方法，用于在车载控制器与驾驶员之间进行交互。
根据本申请的人机共驾控制方法包括：根据预设控制要求，建立动力学模型；以及根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，以使车载控制器的输出转矩根据驾驶员的所述驾驶员转矩输入变化进行变化。
进一步地，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，进一步包括：
根据驾驶员的转矩输入变化率值来修正所述车载控制器的输出转矩。
进一步地，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型包括：
如果车辆处于紧急状态驾驶员急打方向盘且驾驶员转矩输入的变化率值较大时，则所述车载控制器输出第一输出转矩，用于作为第一辅助转矩保证车辆的安全。
进一步地，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型包括：
如果车辆处于正常状态下时，所述车载控制器输出第二输出转矩，用于作为第二辅助转矩减少车载控制器对驾驶员的影响。
进一步地，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型包括：
如果驾驶员自发从驾驶任务脱离时，所述车载控制器第三输转矩，用于作为第三辅助转矩保证车辆的正常运行。
进一步地，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型之后，还包括：根据所述动力学模型设计相应的鲁棒控制器，确定所述车载控制器的输出转矩。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种人机共驾控制装置，用于在车载控制器与驾驶员之间进行交互。
根据本申请的人机共驾控制装置包括：动力模型模块，用于根据预设控制要求，建立动力学模型；以及转矩输出模块，用于根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，以使车载控制器的输出转矩根据驾驶员的所述驾驶员转矩输入变化进行变化。
进一步地，装置还包括：
鲁棒控制器模块，用于根据所述动力学模型设计相应的鲁棒控制器，确定所述车载控制器的输出转矩。
为了实现上述目的，根据本申请的又一方面，提供了一种车载电子设备，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程序时实现所述的人机共驾控制方法的步骤。
为了实现上述目的，根据本申请的再一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现所述的人机共驾控制方法的步骤。
在本申请实施例中，采用根据预设控制要求，建立动力学模型的方式，通过根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，达到了以使车载控制器的输出转矩根据驾驶员的所述驾驶员转矩输入变化进行变化的目的，从而实现了使得车载控制器输出转矩可以根据驾驶员转矩变化率实时变化，以减少其对驾驶员的干扰的技术效果，进而解决了人机共驾控制效果不佳的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请第一实施例的人机共驾控制方法流程示意图；
图2是根据本申请第二实施例的人机共驾控制方法流程示意图；
图3是根据本申请第三实施例的人机共驾控制方法流程示意图；
图4是根据本申请第一实施例的人机共驾控制装置结构示意图；
图5是根据本申请第二实施例的人机共驾控制装置结构示意图；
图6是根据本申请实施例的车载电子设备示意图；
图7是本申请驾驶员转矩变化率的人机共驾控制算法设计流程图；
图8是本申请车道保持功能的二自由度车辆横向动力学系统示意图；
图9是本申请的驾驶员转矩变化率的控制决策示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本申请的实施例中首先基于车道保持功能，建立车辆二自由度横向动力学模型，对模型进行分析；根据驾驶员转矩输入变化率建立控制器转矩输出模型，引入一个修正函数，使得控制器的转矩输出值可以根据驾驶员的状态而变化，并以此进一步修正车辆二自由度横向动力学控制模型；基于李雅普诺夫稳定性理论，为了减少外部环境干扰及系统不确定性等问题对控制效果的影响，引入H∞性能指标，并以此定义系统的性能指标，保证控制系统的稳定性及鲁棒性，最终通过求解相关矩阵不等式得到最优的H∞性能指标值及相应的反馈增益矩阵，进而求出控制器输出的辅助转矩。
如图1所示，该方法包括如下的步骤S102至步骤S104：
步骤S102，根据预设控制要求，建立动力学模型；
用于在车载控制器与驾驶员之间进行交互。驾驶员和车载控制器共同享有对车辆的控制权。人机共驾有切换控制及共享控制两种形式。切换控制指的是人和车载控制器虽然都可以控制车辆的运动，但在同一时刻只有一个控制者在实施控制行为，即彼时由人来控制车辆，此时就有可能由人来接管。共享控制则是人和车载控制器可以共同，同时地施加控制行为，控制车辆的运动。
具体地，基于车道保持功能的要求建立车辆二自由度横向动力学模型，考虑驾驶员转矩输入，对模型进行进一步分析。
步骤S104，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，以使车载控制器的输出转矩根据驾驶员的所述驾驶员转矩输入变化进行变化。
在共享控制框架中，车载控制器应该作为一个辅助，要保证其不能干扰驾驶员的驾驶行为，这就要求驾驶员与车载控制器间可以实现信息交互。如果两者径自独立地施加对车辆的控制行为，则控制器作用在方向盘上的转矩将会影响驾驶员的操作，甚至会造成驾驶员的恐慌进一步威胁车辆的安全性。所以，在设计车载控制器时确定其输出时要考虑驾驶员的转矩，并能够根据驾驶员的转矩输入信号实时调整车载控制器的输出转矩。
优选地，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，进一步包括：根据驾驶员的转矩输入变化率值来修正所述车载控制器的输出转矩。
具体地，根据驾驶员转矩输入变化率，建立控制器的转矩输出模型，使得控制器的转矩输出值可以根据驾驶员的状态而变化，并依此修正动力学模型。
优选地，本申请的实施例中在设计车载控制器确定转矩输出时，考虑了驾驶员转矩输入变化率，并根据其值来修正车载控制器的输出转矩。车辆在紧急状态时，驾驶员意识到危险会紧急做出动作，这时候驾驶员的转矩就会有一个突变，即此时驾驶员转矩输入变化率会有一个很大的值，此时的车载控制器可以提供一个较大的辅助转矩以保证车辆的安全。
在一些实施例中，在其他状态下，车载控制器可以适当输出一个较低的辅助转矩，以减少控制器对驾驶员的影响。
此外在一些实施例中，当驾驶员自发从驾驶任务脱离时即此时驾驶员转矩输入值为0，车载控制器可以输出较大的转矩来保证一个较高的辅助水平，保证车辆的正常运行。
本申请实施例中提供了一种基于驾驶员转矩变化率的人机共驾控制方法，基于车道保持功能，要求所设计的辅助转矩可以根据驾驶员状态调整，使得在保证车辆安全的前提下尽量减少对驾驶员的干扰。
从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：
在本申请实施例中，采用根据预设控制要求，建立动力学模型的方式，通过根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，达到了以使车载控制器的输出转矩根据驾驶员的所述驾驶员转矩输入变化进行变化的目的，从而实现了使得车载控制器输出转矩可以根据驾驶员转矩变化率实时变化，以减少其对驾驶员的干扰的技术效果，进而解决了人机共驾控制效果不佳的技术问题。
根据本申请实施例，作为本事实施例中的优选，如图3所示，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型包括：
步骤S1041，如果车辆处于紧急状态驾驶员急打方向盘且驾驶员转矩输入的变化率值较大时，则所述车载控制器输出第一输出转矩，用于作为第一辅助转矩保证车辆的安全。
具体地，本申请实施例中设计的转矩控制器，目的是为了辅助驾驶员，使得其输出的辅助转矩可以根据驾驶员转矩的变化率适时变化，在保证车辆安全的前提下，做到可以根据驾驶员的状态来调整输出转矩，以减少其对驾驶员的干扰。
在车辆处于紧急状态驾驶员急打方向盘时，驾驶员输入的转矩会有一个很大的突变，即此时的驾驶员转矩会有一个很大值，为了保证车辆的安全性，应有一个较大的辅助转矩，即此时的修正函数θ(t)要有一个较大值。
需要注意的是，据驾驶员转矩输入变化率，建立控制器的转矩输出模型，使得控制器的转矩输出值可以根据驾驶员的状态而变化，因此引入修正函数，其值与驾驶员的转角变化率有关，因此辅助转矩可以描述为以下形式：
Ta＝θ(t)u(t)
其中u(t)为要计算的控制输入，θ(t)为修正函数。
根据本申请实施例，作为本事实施例中的优选，如图3所示，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型包括：
步骤S1042，如果车辆处于正常状态下时，所述车载控制器输出第二输出转矩，用于作为第二辅助转矩减少车载控制器对驾驶员的影响。
具体地，本申请实施例中设计的转矩控制器，目的是为了辅助驾驶员，使得其输出的辅助转矩可以根据驾驶员转矩的变化率适时变化，在保证车辆安全的前提下，做到可以根据驾驶员的状态来调整输出转矩，以减少其对驾驶员的干扰。
在其他状态下，辅助转矩可以适当降低，以减少其对驾驶员的干扰，即此时的修正函数θ(t)可以有一个较小值。
需要注意的是，据驾驶员转矩输入变化率，建立控制器的转矩输出模型，使得控制器的转矩输出值可以根据驾驶员的状态而变化，因此引入修正函数，其值与驾驶员的转角变化率有关，因此辅助转矩可以描述为以下形式：
Ta＝θ(t)u(t)
其中u(t)为要计算的控制输入，θ(t)为修正函数。
根据本申请实施例，作为本事实施例中的优选，如图3所示，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型包括：
步骤S1043，如果驾驶员自发从驾驶任务脱离时，所述车载控制器第三输转矩，用于作为第三辅助转矩保证车辆的正常运行。
具体地，本申请实施例中设计的转矩控制器，目的是为了辅助驾驶员，使得其输出的辅助转矩可以根据驾驶员转矩的变化率适时变化，在保证车辆安全的前提下，做到可以根据驾驶员的状态来调整输出转矩，以减少其对驾驶员的干扰。
另外，当驾驶员自发从驾驶任务脱离时即驾驶员转矩输入值为0，也就是车辆处于自动驾驶模式，控制器百分百掌握控制权，此时修正函数θ(t)值应达到最大，以保证车辆的正常运行。
需要注意的是，据驾驶员转矩输入变化率，建立控制器的转矩输出模型，使得控制器的转矩输出值可以根据驾驶员的状态而变化，因此引入修正函数，其值与驾驶员的转角变化率有关，因此辅助转矩可以描述为以下形式：
Ta＝θ(t)u(t)
其中，u(t)为要计算的控制输入，θ(t)为修正函数。
根据本申请实施例，作为本事实施例中的优选，如图3所示，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型之后，还包括：
步骤S106，根据所述动力学模型设计相应的鲁棒控制器，确定所述车载控制器的输出转矩。
在本申请的实施例中，针对控制系统的不确定性问题，基于李雅普诺夫稳定性理论，采用状态反馈法，设计了相应的鲁棒式控制器，能够保证系统在存在不确定性和干扰的情况下该控制器依然具有很好的稳定性。
具体地，根据动力学模型，基于李雅普诺夫稳定性理论，运用状态反馈的方法，设计相应的鲁棒控制器，最终确定控制器的转矩输出。
在本申请的实施例中同时考虑了外部干扰及系统参数不确定性的影响，基于李雅普诺夫稳定性理论，提出了一种H∞性能，保证了所设计车载控制器的鲁棒性。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
根据本申请实施例，还提供了一种用于实施上述方法的人机共驾控制装置，如图4所示，该装置包括：动力模型模块10，用于根据预设控制要求，建立动力学模型；以及转矩输出模块20，用于根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，以使车载控制器的输出转矩根据驾驶员的所述驾驶员转矩输入变化进行变化。
本申请实施例的动力模型模块10中用于在车载控制器与驾驶员之间进行交互。驾驶员和车载控制器共同享有对车辆的控制权。人机共驾有切换控制及共享控制两种形式。切换控制指的是人和车载控制器虽然都可以控制车辆的运动，但在同一时刻只有一个控制者在实施控制行为，即彼时由人来控制车辆，此时就有可能由人来接管。共享控制则是人和车载控制器可以共同，同时地施加控制行为，控制车辆的运动。
具体地，基于车道保持功能的要求建立车辆二自由度横向动力学模型，考虑驾驶员转矩输入，对模型进行进一步分析。
本申请实施例的转矩输出模块20中在共享控制框架中，车载控制器应该作为一个辅助，要保证其不能干扰驾驶员的驾驶行为，这就要求驾驶员与车载控制器间可以实现信息交互。如果两者径自独立地施加对车辆的控制行为，则控制器作用在方向盘上的转矩将会影响驾驶员的操作，甚至会造成驾驶员的恐慌进一步威胁车辆的安全性。所以，在设计车载控制器时确定其输出时要考虑驾驶员的转矩，并能够根据驾驶员的转矩输入信号实时调整车载控制器的输出转矩。
优选地，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，进一步包括：根据驾驶员的转矩输入变化率值来修正所述车载控制器的输出转矩。
具体地，根据驾驶员转矩输入变化率，建立控制器的转矩输出模型，使得控制器的转矩输出值可以根据驾驶员的状态而变化，并依此修正动力学模型。
优选地，本申请的实施例中在设计车载控制器确定转矩输出时，考虑了驾驶员转矩输入变化率，并根据其值来修正车载控制器的输出转矩。车辆在紧急状态时，驾驶员意识到危险会紧急做出动作，这时候驾驶员的转矩就会有一个突变，即此时驾驶员转矩输入变化率会有一个很大的值，此时的车载控制器可以提供一个较大的辅助转矩以保证车辆的安全。
在一些实施例中，在其他状态下，车载控制器可以适当输出一个较低的辅助转矩，以减少控制器对驾驶员的影响。
此外在一些实施例中，当驾驶员自发从驾驶任务脱离时即此时驾驶员转矩输入值为0，车载控制器可以输出较大的转矩来保证一个较高的辅助水平，保证车辆的正常运行。
根据本申请实施例，作为本事实施例中的优选，如图5所示，根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型包括：还包括：鲁棒控制器模块30，用于根据所述动力学模型设计相应的鲁棒控制器，确定所述车载控制器的输出转矩。
本申请实施例的鲁棒控制器模块30中在本申请的实施例中，针对控制系统的不确定性问题，基于李雅普诺夫稳定性理论，采用状态反馈法，设计了相应的鲁棒式控制器，能够保证系统在存在不确定性和干扰的情况下该控制器依然具有很好的稳定性。
具体地，根据动力学模型，基于李雅普诺夫稳定性理论，运用状态反馈的方法，设计相应的鲁棒控制器，最终确定控制器的转矩输出。
在本申请的实施例中同时考虑了外部干扰及系统参数不确定性的影响，基于李雅普诺夫稳定性理论，提出了一种H∞性能，保证了所设计车载控制器的鲁棒性。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的人机共驾控制方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，参见图6，所述电子设备具体包括如下内容：
处理器(processor)601、存储器(memory)602、通信接口(CommunicationsInterface)603和总线604；
其中，所述处理器601、存储器602、通信接口603通过所述总线604完成相互间的通信；所述通信接口603用于实现人机共驾控制装置、在线业务系统、客户端设备以及其他参与机构之间的信息传输；
所述处理器601用于调用所述存储器602中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中的人机共驾控制方法中的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
根据预设控制要求，建立动力学模型；以及
根据驾驶员转矩输入，建立车载控制器的转矩输出模型，以使车载控制器的输出转矩根据驾驶员的所述驾驶员转矩输入变化进行变化。
请参考图7至图9，本申请的实现原理如下：
步骤一：建立车辆二自由度横向动力学模型
基于车道保持功能，车辆在路面行驶的横向动力学状态可以简化为如图8所示，因此其状态空间可以表示为：
其中：
以及：
其中，vy是车辆的横向速度(m/s)；r是车辆的横摆角速度(rad/s)；ψl是航向角误差；yl是横向位移；δ和分别是方向盘转角(rad)和方向盘转角速度(rad/s)；Cr和Cf分别是后轮侧偏刚度和前轮侧偏刚度；m是车辆的总质量(kg)；vx是车辆的纵向速度(m/s)；lr和lf分别是后轮中心轴线和车辆质心之间的距离(m)0及前轮中心轴线和车辆质心之间的距离(m)；Iz是车辆关于Z轴的转动惯量；Is转向系统的惯量；Rs转向系统的传动比；ηt是轮胎与地面的接触长度(m)；lw是侧向风作用中心点距离车辆质心的距离(m)。Ta和Td分别是控制器输出的辅助转矩和驾驶员输入转矩(Nm)。
其中，Td为驾驶员的转矩，是一个随机输入信号，Ta是要设计的控制器输出转矩。因此上述状态空间模型可以进一步表示为如下形式：
其中，
D＝[B E] d(t)＝[Ta w(t)]T (5)
步骤二：根据驾驶员转矩输入变化率，建立控制器的转矩输出模型，使得控制器的转矩输出值可以根据驾驶员的状态而变化，因此本申请实施例中引入修正函数，其值与驾驶员的转角变化率有关，因此辅助转矩可以描述为以下形式：
Ta＝θ(t)u(t) (6)
其中u(t)为要计算的控制输入，θ(t)为修正函数。
本申请实施例中设计的转矩控制器，目的是为了辅助驾驶员，使得其输出的辅助转矩可以根据驾驶员转矩的变化率适时变化，在保证车辆安全的前提下，做到可以根据驾驶员的状态来调整输出转矩，以减少其对驾驶员的干扰。在车辆处于紧急状态驾驶员急打方向盘时，驾驶员输入的转矩会有一个很大的突变，即此时的驾驶员转矩会有一个很大值，为了保证车辆的安全性，应有一个较大的辅助转矩，即此时的修正函数θ(t)要有一个较大值。在其他状态下，辅助转矩可以适当降低，以减少其对驾驶员的干扰，即此时的修正函数θ(t)可以有一个较小值。另外，当驾驶员自发从驾驶任务脱离时(即驾驶员转矩输入值为0)，也就是车辆处于自动驾驶模式，控制器百分百掌握控制权，此时修正函数θ(t)值应达到最大，以保证车辆的正常运行。因此，修正函数θ(t)可以表示为以下形式：
其中是驾驶员转矩变化率绝对值的最大值，可以通过多次实验测得。基于该修正函数模型，上述系统状态空间模型可以进一步表述为：
其中u(t)是要设计的控制器输出并且有u(t)＝Kx(t),K是要设计的状态增益矩阵，通过设计合理的控制器可以求解得到，具体算法见步骤三。
步骤三：根据动力学模型，基于李雅普诺夫稳定性理论，运用状态反馈的方法，设计相应的鲁棒控制器，最终确定控制器的转矩输出。
本本申请实施例中设计的控制器目的是为了实现输出的辅助转矩可以根据驾驶员的状态实时调整，在保证车辆安全性的同时减少对驾驶员的干扰。因为存在环境干扰及参数不确定性因素，会影响控制效果的精确性和稳定性。
如侧向风的干扰；以及系统参数的不确定性问题，如修正函数(θ(t)∈[0.5，1]),其值根据驾驶员转矩的变化率而取不同的值。
因为修正函数值在其上下限内波动，因此，上述系统(8)可以进一步表示为：
其中
z(t)表示控制输出,考虑到车道保持的跟踪效果，车辆的稳定性及驾驶员的舒适度，选取航向角误差ψl,横摆角速度r以及方向盘转角速度因此控制输出矩阵Ci如上式公式(10)所示。
本本申请实施例中采用了一种基于驾驶员转矩变化率的人机共驾控制算法，基于车道保持功能，要求所采用的辅助转矩可以根据驾驶员状态调整，使得在保证车辆安全的前提下尽量减少对驾驶员的干扰。
为了获得一个较为稳定的控制效果，保证控制器的鲁棒性，本本申请实施例中基于李雅普诺夫稳定性理论，提出了一种H∞鲁棒控制器，具体如下：
针对上述控制系统(9)，选取以下李雅普诺夫稳定性函数：
V(t)＝xT(t)Px(t) (11)
如果可以找到一个矩阵P使得V(t)＞0同时则可以保证系统(9)是稳定的。然后仅仅保证系统是稳定的还远远不够，针对环境中存在的外部干扰和参数不确定性问题，为了消除这些因素对控制器稳定性的影响，保证控制器的鲁棒性，本本申请实施例中提出了以下H∞性能：
||z(t)||2＜γ||d(t)||2 (12)
其中，γ是H∞的性能指标，是需要被优化的参数。为了保证系统(9)的稳定性，同时减少外部干扰及系统参数不确定性问题对控制效果的影响，保证控制器的鲁棒性，本本申请实施例中引入了如下性能指标：
如果可以保证J＜0，即不仅可以保证系统的稳定性同时还可以获得相应的鲁棒性。因此，将公式(9)及公式(11)代入公式(13)可以得到如下矩阵不等式：
运用matlab自带的LMI工具箱可以优化求解上述矩阵不等式，通过优化一个最小的γ值即可以获得较好的鲁棒性，并最终可以求解出状态增益矩阵K＝M*Ω-1。根据公式(6)最终可以求解出相应的辅助矩阵。
本本申请实施例中同时考虑了外部干扰及系统参数不确定性的影响，基于李雅普诺夫稳定性理论，提出了一种H∞性能，保证了所采用控制器的鲁棒性。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
本说明书实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：语音问答的信息展示方法、装置和系统