复杂车-网-路条件下的多车系统分布式运动控制
发布时间：2023-08-30 01:29
智能网联汽车融合了汽车的智能化与网联化技术,其可通过车车通信组成多车系统,实现感知、决策和控制的协同,有效提升车辆性能。多车系统协同控制受到网联车辆、通信网络与行驶道路的共同影响,然而,现有研究难以在一般通信拓扑下显式处理车辆的动力学特性异质性,难以在切换通信拓扑下实现优化控制,在非信控路口约束下依赖于集中式决策。针对这些问题,本文以多车系统为研究对象,提出了显式处理车辆动力学特性异质性的分布式控制方法、考虑切换通信拓扑的分布式预测控制方法和面向非信控路口约束的多车系统分布式协同方法,为复杂车-网-路条件下的多车系统分布式运动控制提供了理论基础与方法支撑。首先,提出了显式处理动力学特性异质性的多车系统分布式控制方法。针对有向无环图拓扑,基于拓扑排序对系统进行相似变换,并利用变换后系统的下三角结构实现系统结构分解,进而导出了内稳定性的充分必要条件。进一步,针对多前车跟随拓扑,给出了保证队列稳定性的反馈增益存在性的充分必要条件。该方法解决了一般通信拓扑下难以显式处理动力学特性异质性的问题。其次,提出了考虑切换通信拓扑的多车系统分布式预测控制方法。在分布式模型预测控制的框架下,构造了关于切换...
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第1章 引言
1.1 概述
1.2 多车系统分布式控制研究现状
1.2.1 车辆队列协同控制概述
1.2.2 考虑异质车辆动力学的车辆队列控制
1.2.3 考虑切换通信拓扑的车辆队列控制
1.2.4 考虑非信控路口约束的多车协同
1.3 多智能体系统研究现状
1.3.1 多智能体系统分布式控制
1.3.2 多智能体系统分布式优化
1.4 本文研究内容
第2章 系统总体设计与关键技术
2.1 系统总体设计
2.2 关键技术
第3章 显式处理动力学特性异质性的多车系统分布式控制
3.1 异质多车系统动力学模型
3.1.1 单车纵向动力学建模
3.1.2 多车通信拓扑建模
3.1.3 车辆队列控制目标
3.2 有向无环图下的异质队列分布式控制
3.2.1 线性反馈控制器设计及稳定区域分析
3.2.2 基于代数黎卡提方程的控制器设计
3.3 多前车跟随下的异质队列分布式控制
3.3.1 保证期望车间距离一致的恒定时距定义
3.3.2 线性反馈控制器设计及稳定区域分析
3.3.3 匀质动力学情况的队列稳定性分析
3.3.4 异质动力学情况的鲁棒控制
3.4 数值仿真验证
3.4.1 有向无环图下异质队列仿真
3.4.2 多前车跟随下异质队列仿真
3.5 本章小结
第4章 考虑切换通信拓扑的多车系统分布式预测控制
4.1 切换通信拓扑下的车辆队列模型
4.2 分布式模型预测控制器设计
4.2.1 分布式模型预测控制概述
4.2.2 分布式优化问题设计
4.2.3 控制器算法流程设计
4.3 闭环系统的渐近稳定性分析
4.3.1 预测状态终端收敛性分析
4.3.2 基于联合邻居集的李雅普诺夫函数设计
4.3.3 单个车辆李雅普诺夫函数增量分析
4.3.4 全部车辆李雅普诺夫函数增量分析
4.3.5 渐近稳定性定理
4.4 数值仿真验证
4.5 本章小结
第5章 面向非信控路口约束的多车系统分布式协同
5.1 非信控路口多车系统模型
5.1.1 非信控十字交叉路口
5.1.2 考虑有界加速度的单车纵向动力学模型
5.1.3 有限的车车通信距离
5.1.4 非信控路口分布式协同问题
5.2 多车系统分区协同架构
5.3 车辆状态的分布式观测
5.3.1 分布式固定时间观测算法设计
5.3.2 分布式固定时间观测算法收敛性分析
5.4 到达时间的分布式优化
5.4.1 到达时间优化问题构造
5.4.2 分布式优化算法设计及收敛性分析
5.5 期望轨迹的分布式跟踪
5.5.1 期望轨迹规划
5.5.2 分布式轨迹跟踪算法设计
5.5.3 分布式轨迹跟踪算法稳定性分析
5.6 数值仿真验证
5.7 本章小结
第6章 仿真验证与实车试验
6.1 仿真验证
6.1.1 仿真验证平台
6.1.2 轨迹跟踪算法的性能对比
6.1.3 分布式协同算法的性能对比
6.2 实车试验
6.2.1 实车试验平台
6.2.2 试验车辆的模型参数辨识
6.2.3 控制器反馈增益的参数整定
6.2.4 车辆队列控制的实车试验
6.3 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3844667
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第1章 引言
1.1 概述
1.2 多车系统分布式控制研究现状
1.2.1 车辆队列协同控制概述
1.2.2 考虑异质车辆动力学的车辆队列控制
1.2.3 考虑切换通信拓扑的车辆队列控制
1.2.4 考虑非信控路口约束的多车协同
1.3 多智能体系统研究现状
1.3.1 多智能体系统分布式控制
1.3.2 多智能体系统分布式优化
1.4 本文研究内容
第2章 系统总体设计与关键技术
2.1 系统总体设计
2.2 关键技术
第3章 显式处理动力学特性异质性的多车系统分布式控制
3.1 异质多车系统动力学模型
3.1.1 单车纵向动力学建模
3.1.2 多车通信拓扑建模
3.1.3 车辆队列控制目标
3.2 有向无环图下的异质队列分布式控制
3.2.1 线性反馈控制器设计及稳定区域分析
3.2.2 基于代数黎卡提方程的控制器设计
3.3 多前车跟随下的异质队列分布式控制
3.3.1 保证期望车间距离一致的恒定时距定义
3.3.2 线性反馈控制器设计及稳定区域分析
3.3.3 匀质动力学情况的队列稳定性分析
3.3.4 异质动力学情况的鲁棒控制
3.4 数值仿真验证
3.4.1 有向无环图下异质队列仿真
3.4.2 多前车跟随下异质队列仿真
3.5 本章小结
第4章 考虑切换通信拓扑的多车系统分布式预测控制
4.1 切换通信拓扑下的车辆队列模型
4.2 分布式模型预测控制器设计
4.2.1 分布式模型预测控制概述
4.2.2 分布式优化问题设计
4.2.3 控制器算法流程设计
4.3 闭环系统的渐近稳定性分析
4.3.1 预测状态终端收敛性分析
4.3.2 基于联合邻居集的李雅普诺夫函数设计
4.3.3 单个车辆李雅普诺夫函数增量分析
4.3.4 全部车辆李雅普诺夫函数增量分析
4.3.5 渐近稳定性定理
4.4 数值仿真验证
4.5 本章小结
第5章 面向非信控路口约束的多车系统分布式协同
5.1 非信控路口多车系统模型
5.1.1 非信控十字交叉路口
5.1.2 考虑有界加速度的单车纵向动力学模型
5.1.3 有限的车车通信距离
5.1.4 非信控路口分布式协同问题
5.2 多车系统分区协同架构
5.3 车辆状态的分布式观测
5.3.1 分布式固定时间观测算法设计
5.3.2 分布式固定时间观测算法收敛性分析
5.4 到达时间的分布式优化
5.4.1 到达时间优化问题构造
5.4.2 分布式优化算法设计及收敛性分析
5.5 期望轨迹的分布式跟踪
5.5.1 期望轨迹规划
5.5.2 分布式轨迹跟踪算法设计
5.5.3 分布式轨迹跟踪算法稳定性分析
5.6 数值仿真验证
5.7 本章小结
第6章 仿真验证与实车试验
6.1 仿真验证
6.1.1 仿真验证平台
6.1.2 轨迹跟踪算法的性能对比
6.1.3 分布式协同算法的性能对比
6.2 实车试验
6.2.1 实车试验平台
6.2.2 试验车辆的模型参数辨识
6.2.3 控制器反馈增益的参数整定
6.2.4 车辆队列控制的实车试验
6.3 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3844667
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