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龙图腾网恭喜河北工业大学申请的专利一种四轮独立电驱港口AGV的分层容错控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114987226B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-04-25发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210611780.8，技术领域涉及：B60L15/38；该发明授权一种四轮独立电驱港口AGV的分层容错控制方法是由刘璇;刘玉卿;王子航;刘成文;张明超;张建华设计研发完成，并于2022-05-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种四轮独立电驱港口AGV的分层容错控制方法在说明书摘要公布了：本发明为一种四轮独立电驱港口AGV的分层容错控制方法，控制系统包括上层控制模块、中层控制模块、下层控制模块和执行模块，上层控制模块包括MPC控制器和PI速度控制器，上层控制模块用于维持运行轨迹；中层控制器模块基于滑模控制理论，设计了横摆角速度滑模控制器和质心侧偏角滑模控制器，再通过失效分配策略计算最佳附加横摆力矩；下层控制模块包括容错控制分配器，当某个车轮电机失效后，容错控制分配器根据港口AGV行驶所需的总纵向转矩和最佳附加横摆力矩对其余各车轮驱动转矩进行重新分配，使其余车轮电机转动，形成闭环控制，保证港口AGV在电机失效的情况下仍能正常行驶，提高了港口AGV的工作效率与安全性。

本发明授权一种四轮独立电驱港口AGV的分层容错控制方法在权利要求书中公布了：1.一种四轮独立电驱港口AGV的分层容错控制方法，使用的控制系统包括上层控制模块、中层控制模块、下层控制模块和执行模块，上层控制模块包括MPC控制器和PI速度控制器，中层控制器模块包括横摆角速度滑模控制器和质心侧偏角滑模控制器，下层控制模块包括容错控制分配器，执行模块包括左前轮电机、右前轮电机、左后轮电机和右后轮电机；其特征在于，该方法包括如下内容：一、建立港口AGV整车转向模型和动力学模型，港口AGV整车转向模型为： 式中，δ1,1、δ1,2、δ2,1、δ2,2分别表示左前轮转向角、右前轮转向角、左后轮转向角以及右后轮转向角，G1＝a+Rsinβ表示左前轮或右前轮几何中心与转向中心之间的纵向距离，G2＝b-Rsinβ表示左后轮或右后轮几何中心与转向中心之间的纵向距离，表示左前轮或左后轮几何中心与转向中心之间的横向距离，以港口AGV长度方向为纵向，以港口AGV宽度方向为横向，a、b分别为前轴、后轴到港口AGV质心的距离，β为质心侧偏角，R为转向中心到港口AGV质心的距离，l为同轴轮距；港口AGV整车动力学模型为： 其中，表示纵向转矩，表示横向转矩，表示横摆转矩，M表示满载质量，u、分别表示纵向运动速度和加速度，v、分别表示横向运动速度和加速度，r、分别表示横摆角速度和角加速度，Iz表示横摆转动惯量，Fxi,j表示车轮i,j对路面的纵向反力，Fyi,j表示车辆i,j对路面的横向反力，i,j＝1,1、1,2、2,1、2,2分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮；建立港口AGV单轨转向模型，其表达式为： 式中，αf、αr分别表示前轮侧偏角和后轮侧偏角，Fyf、Fyr分别表示前轮横向力和后轮横向力，δf表示前轮转向角，Lf、Lr表示前轮和后轮侧偏刚度；港口AGV单轨模型为： 式中，表示质心侧偏角β的一阶导数；结合港口AGV整车转向模型和单轨转向模型，推导各车轮转向角与前轮转向角之间的关系为： 式中，δf表示前轮转向角；根据港口AGV单轨模型，得到港口AGV在大地坐标系中的位置为： 其中，V表示港口AGV实际速度，表示航向角ψ的一阶导数，分别表示大地坐标系横坐标X和纵坐标Y的一阶导数，δr表示后轮转向角；将港口AGV在大地坐标系中的位置转换为式7的系统状态空间方程： 式中，uM＝[δf]表示前轮转向角矩阵，表示状态量H＝ψ,X,YT的一阶导数，T表示矩阵转置；MPC控制器将港口AGV各车轮转向角控制问题转换为优化问题，目标函数为： 其中，Ht为t时刻港口AGV的状态量，uMt-1为t-1时刻的前轮转向角矩阵，ΔUt为t时刻的前轮转向角矩阵增量，τt+n|t为MPC控制器的输出，τrt+n|t为参考路径，Δut+n|t为控制增量，n为时间步长，ε为松弛因子，θ为权重系数，A与B均为权重矩阵，Np、Nc分别表示预测时域与控制时域；在每个控制周期内以期港口AGV位置及各车轮转向角总误差最小，将优化问题描述为： 将车轮侧偏角约束作为硬约束条件，则有：αt,min≤αf，αr≤αt,max14其中，αt,min、αt,max分别表示车轮侧偏角的最小值和最大值；将横向加速度约束作为软约束条件，则有： 其中，μ表示路面附着系数，g表示重力加速度；PI速度控制器以港口AGV的期望速度和实际速度作为输入，对期望速度和实际速度进行求解，并根据式16计算得到港口AGV行驶所需要的总纵向力矩TV；TV＝KuKpeV+Ki∫eVdt16式中，eV＝Vd-V表示速度跟随误差，Vd表示港口AGV期望车速，Ku表示速度系数，Kp、Ki均为PI控制参数；二、港口AGV单轨模型输入期望横摆角速度和质心侧偏角，分别通过横摆角速度滑模控制器和质心侧偏角滑模控制器对横摆角速度和质心侧偏角进行控制，输出横摆角速度附加横摆力矩ΔMz1和质心侧偏角附加横摆力矩ΔMz2，再根据联合系数分配策略对ΔMz1、ΔMz2进行分配，得到最佳附加横摆力矩ΔMz；当港口AGV处于稳定状态时，质心侧偏角β的一阶导数和横摆角加速度均为0，将其带入式4，得到期望横摆角速度rd和期望质心侧偏角βd为： 其中，表示稳定性因子；为保持横摆角速度的跟随能力，在式4的港口AGV单轨模型中加入横摆角速度附加横摆力矩ΔMz1，则横摆角加速度满足式18； 设横摆角速度跟随误差为er，则有：er＝r-rd19横摆角速度跟随误差er的一阶导数为： 选择等速趋近律，定义横摆角速度滑模控制器的滑模面sr为： 式中，cr表示权重系数；横摆角速度滑模控制器的滑模面sr的一阶导数为： 根据式18～22推导横摆角速度附加横摆力矩ΔMz1为： 其中，Kω为趋近速度，sgn·表示阶跃函数，表示期望横摆角速度rd的二阶导数；为了抑制抖振现象，利用饱和函数sat·代替式23中阶跃函数sgn·，则横摆角速度附加横摆力矩ΔMz1为： 为保持质心侧偏角的跟随能力，在式4的港口AGV单轨模型中加入质心侧偏角附加横摆力矩ΔMz2，则质心侧偏角β的一阶导数满足式25； 设质心侧偏角跟随误差为eβ，则有：eβ＝β-βd26质心侧偏角跟随误差eβ的一阶导数为： 选择等速趋近律，定义质心侧偏角滑模控制器的滑模面sβ为： 其中，cβ表示权重系数；质心侧偏角滑模控制器的滑模面sβ的一阶导数为： 根据式25-29推出质心侧偏角附加横摆力矩ΔMz2为： 为了抑制抖振现象，利用饱和sat·代替式30中阶跃函数sgn·，得到质心侧偏角附加横摆力矩ΔMz2为： 通过联合系数分配策略对横摆角速度附加横摆力矩ΔMz1和质心侧偏角附加横摆力矩ΔMz2进行分配，通过式32计算得到最佳附加横摆力矩ΔMz；ΔMz＝1-pΔMz1+pΔMz232式中，p表示联合分配系数；联合系数分配策略为： 式中，B1、B2分别表示港口AGV的稳定边界下限和上限；三、将港口AGV行驶所需的总纵向力矩TV和最佳附加横摆力矩ΔMz作为容错分配控制器的输入，容错分配控制器将分配后的车轮驱动转矩电机驱动器，电机驱动器控制相应的港口AGV各车轮电机转动，使得港口AGV正常行驶；选取表征港口AGV行驶稳定性的路面附着利用率Jη为目标函数，其表达式为： 其中，Di,j表示车轮i,j的附着裕量系数，Fzi,j表示车轮i,j所受的垂直载荷；为了避免港口AGV出现危险，需要尽可能的使港口AGV的路面附着利用率保持较低状态，同时由于电机不能提供横向力，故Fyi,j＝0，因此将式34的目标函数转化为式35的优化函数； 最佳附加横摆力矩满足式36的约束条件； 其中，Tx1,1、Tx1,2、Tx2,1、Tx2,2分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮驱动转矩，rω表示车轮滚动半径；当单个车轮电机出现故障后，该车轮电机将不再产生所需的纵向驱动力，因此需要对其余车轮电机的转矩进行重新分配，以满足港口AGV正常行驶；当左前轮失效时，左前轮驱动转矩为零，则港口AGV行驶所需的总纵向力矩TV和最佳附加横摆力矩ΔMz满足下式： 将式37带入式35中得： 对目标函数求解，再根据式39对右后轮驱动转矩Tx2,2求偏导，得到式40的右后轮驱动转矩Tx2,2； 同理，求得右前轮和左后轮驱动转矩分别为：

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