基于移动闭塞-领航跟随法无人车跟随控制研究

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本文面向无人车跟随控制问题,提出了移动闭塞-领航跟随模型,用以提升无人车跟随行驶安全性和车辆通行效率。基于建立的无人车跟随非线性系统模型,选择了结构简单、鲁棒性强、可靠性高的滑模控制算法,并采用准滑动模态削弱控制器输出抖振。考虑到实际行车环境中,噪声和扰动会带来系统授权点时变信息参数的不确定性,采用自适应控制处理系统时变参数不确定问题,设计自适应滑模控制律。本文的研究内容概括如下:首先,本文应用城市轨道交通中移动闭塞信号的原理,在领航跟随模型的基础上建立移动闭塞-领航跟随模型。在领航跟随模型中加入授权点,授权点将领航车与跟随车分隔在不同的区间内。跟随车的目标点为授权点,授权点与领航车之间保持时变的跟随距离。“闭塞”能够避免无人车追尾,以提升无人车跟随行驶的安全性;“移动”使得跟随距离根据领航车速度变化而变化,有利于提升道路中无人车的通行效率。其次,根据建立的非线性系统模型,选择响应快速、对参数变化及扰动不灵敏以及易物理实现的滑模控制算法用以控制无人车跟随行驶。用准滑动模态削弱不利于无人车速度控制的滑模抖振,仿真结果表明基于准滑动模态的滑模控制律展示出了更优的控制性能,具有较好的可用性和有效性。最后,考虑到噪声和扰动造成系统模型中授权点时变信息参数不确定,本文采用自适应控制方法处理该时变参数不确定问题,用光滑投影算法确保参数的估计值始终落在先验区间内;并结合滑模控制的优点,设计自适应滑模控制律,降低时变参数不确定和噪声干扰对无人车跟随系统性能的影响,增强系统的鲁棒性。同时,通过改进滑模面,简化了控制律的设计,改善了横向误差的收敛速度;并且利用具有连续切换特性的双曲正切函数削弱滑模抖振,给出了系统稳定性理论证明。分别仿真了理想情况、有噪声干扰和速度突变的情况,验证所设计控制律的有效性,仿真结果表现出了良好的控制性能。图35幅,参考72文献篇。
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