鲁棒控制算法在汽车中的应用 · 课程目录

01鲁棒控制概述

什么是鲁棒性？鲁棒控制与经典控制的区别，汽车控制中的不确定性来源（参数摄动、未建模动态、外部扰动）。

02数学基础回顾

线性代数基础（矩阵范数、奇异值分解）、信号与系统（传递函数、状态空间）、范数理论（H2范数、H∞范数）。

03不确定性建模

参数不确定性（区间模型、多面体模型）、动态不确定性（乘性、加性）、LFT（线性分式变换）表示。

04小增益定理

小增益定理的数学表述，基于小增益定理的鲁棒稳定性分析，结构化奇异值μ的引入。

05H∞控制理论

H∞控制问题的标准形式，Riccati方程解法，LMI解法，状态反馈与输出反馈H∞控制。

06μ分析与综合

μ分析的基本概念，D-K迭代算法，μ综合的工程实现，μ分析与H∞控制的对比。

07LMI在鲁棒控制中的应用

LMI基础，Schur补引理，LMI工具箱使用，基于LMI的鲁棒控制器设计。

08鲁棒控制中的优化方法

凸优化基础，半定规划（SDP），内点法，YALMIP与CVX工具箱。

09车辆动力学模型

二自由度自行车模型，七自由度整车模型，轮胎模型（魔术公式、Dugoff模型），模型验证与参数辨识。

10车辆横向控制问题

车道保持辅助（LKA），自动变道（ALC），横向控制的性能指标（跟踪误差、舒适性、稳定性）。

11基于H∞的横向控制器设计

H∞混合灵敏度设计，加权函数选择，控制器降阶，仿真验证与硬件在环测试。

12基于μ综合的横向控制器设计

μ综合设计流程，不确定性建模（车速变化、路面附着系数变化），鲁棒性能验证。

13车辆纵向控制问题

自适应巡航控制（ACC），协同自适应巡航控制（CACC），纵向控制的性能指标（间距误差、加速度、燃油经济性）。

14基于H∞的纵向控制器设计

ACC系统的H∞控制器设计，前车加速度扰动抑制，车间通信延迟的鲁棒处理。

15车辆纵横向耦合控制

纵横向耦合动力学模型，解耦控制策略，基于LMI的耦合控制器设计，仿真与实车验证。

16主动前轮转向（AFS）鲁棒控制

AFS系统建模，基于H∞的AFS控制器，AFS与ESP的协调控制。

17直接横摆力矩控制（DYC）鲁棒控制

DYC系统建模，基于μ综合的DYC控制器，DYC与AFS的集成控制。

18主动悬架鲁棒控制

主动悬架系统建模，基于H∞的悬架控制器设计，悬架与制动的协调控制。

19电动助力转向（EPS）鲁棒控制

EPS系统建模，基于LMI的EPS控制器，EPS的鲁棒稳定性分析。

20线控制动系统（BBW）鲁棒控制

BBW系统建模，基于H∞的制动压力控制，制动系统的容错控制。

21线控转向系统（SBW）鲁棒控制

SBW系统建模，基于μ综合的转向控制，SBW的故障诊断与容错。

22智能驾驶中的鲁棒感知

传感器不确定性建模（雷达、摄像头、激光雷达），基于鲁棒滤波的环境感知，多传感器融合的鲁棒方法。

23鲁棒路径规划

不确定性环境下的路径规划，鲁棒模型预测控制（RMPC），基于场景的鲁棒优化方法。

24鲁棒轨迹跟踪控制

轨迹跟踪问题的鲁棒表述，基于H∞的轨迹跟踪，基于滑模的鲁棒轨迹跟踪。

25鲁棒控制与机器学习结合

基于学习的鲁棒控制，高斯过程回归在鲁棒控制中的应用，深度神经网络与鲁棒控制的融合。

26鲁棒控制中的时滞问题

时滞系统的鲁棒稳定性，时滞相关的H∞控制，时滞补偿方法（Smith预估器、鲁棒Smith预估器）。

27鲁棒控制中的饱和问题

执行器饱和的鲁棒处理，抗饱和（Anti-windup）设计，基于LMI的抗饱和控制器。

28鲁棒控制中的故障诊断

基于观测器的故障检测，鲁棒残差生成，故障隔离与重构控制。

29鲁棒控制工程实践

控制器离散化方法（Tustin、零阶保持器），代码生成与自动代码生成（Embedded Coder），硬件在环（HIL）测试。

30课程总结与展望

鲁棒控制在自动驾驶中的前沿应用，鲁棒控制与安全关键系统，未来研究方向（数据驱动鲁棒控制、分布式鲁棒控制）。