人在回路的地面和空中交通控制

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目前,所有机器都朝着智能化的方向发展,自主驾驶汽车和自主驾驶飞机等正逐渐走进人们的生活。在实现所有交通工具完全自主化之前,将经历有人驾驶与自主驾驶共存的过程。那么自主驾驶交通工具能很好地了解人的意图,做出相应的决策,执行相应的动作,并安全高效地完成驾驶任务就显得尤为重要。可将有人驾驶和自主驾驶共存的交通系统看成一个人在回路系统。基于人在回路的控制思想,采用合适的控制策略,可对自主驾驶交通工具和有人驾驶交通工具共同参与的混合地面交通和空中交通进行安全有效地控制。本文主要内容包括以下三个方面:(1)建立并化简了自主驾驶系统与人交互的人在回路动力学模型。该模型假设人的输入由同一时刻的系统状态和自主系统的输入决定。此外,将人受到外界因素影响而产生的输入也作为人的意图之一并入到模型中,来解决难以对外界因素建模的问题。(2)为了解决人的意图不确定性以及随机噪声干扰等问题,提出一种基于随机模型预测控制的人在回路地面交通控制策略,并建立了相应的目标函数。之后,利用高斯分布的性质及相关定理,对目标函数进行了一系列的化简和转换,将其转化为确定性的模型预测控制问题。此外,在目标函数中加入了意图探索项来对人的意图进行探索。最后,通过两种地面交通驾驶场景(左转和并道)的仿真,验证了所提控制策略能够对混合地面交通(有人驾驶与自主驾驶共存)进行安全有效地控制,并具有一定的鲁棒性。(3)对于飞行路径为三维、飞行灵活、自由度多的空中交通系统,提出了一种基于模糊控制原理的人在回路空中交通控制策略。按照模糊控制器设计的步骤,首先确定了模糊控制器的输入、输出量,为了减轻庞大的工作量,对模糊控制器的输入量进行了一定的化简、整合及对输出量进行了一定的限制;其次,基于驾驶员实际经验和人的常识,编写了模糊推理规则;最后,选定了模糊推理方法和去模糊化的方法。通过飞行场景仿真,验证了所提控制策略能够对混合空中交通(有人驾驶与自主驾驶共存)进行安全有效地控制以及具有较强的鲁棒性。
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