车辆协作式自适应巡航系统建模及控制问题研究

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车辆协作式自适应巡航控制系统是智能交通领域研究的重要内容之一,随着中国汽车持有量的迅猛增加,车辆行驶的安全性、稳定性、高效性已经成为道路交通系统中亟待解决的问题。车辆协作式自适应巡航控制系统是通过先进的通信及控制技术,实现车辆以车队的形式协作自动行驶,从而提高车队整体控制性能,减少车队燃油能耗等。本论文主要针对车辆协作式自适应巡航控制系统中存在通信限制、执行器延时、网络攻击、传感器故障、非线性纵向动态以及纵-横耦合等问题进行研究,具体研究内容概括如下:
  针对混合时变延时影响下车辆协作式自适应巡航系统建模及控制问题,构建新颖的事件驱动框架以减少网络通信负担和车辆燃油消耗,通过李雅普诺夫方法分析得出系统稳定的充分条件,并得到控制器增益和延时上限值之间的定量关系,实现车队系统渐进稳定和队列稳定。
  针对网络攻击影响下的非线性协作式自适应巡航控制的车队一致性问题,建立基于有向图的协作式车队系统模型,提出一种分散式事件触发控制器设计方法,解决了网络攻击影响下,车队中车辆之间在不能保证正常通信时的跟踪误差全局一致有界的问题。并设计参数的优化求解方法,以获得更多的时间来恢复由网络攻击造成的影响,保证车队系统取得更好的控制性能。
  针对存在连续网络攻击影响下车辆协作式自适应巡航控制问题,建立非线性车队动态切换模型,基于事件驱动框架提出一种分散式的弹性控制器设计方法,得到保证车队指数稳定和队列稳定的充分条件,并通过数值仿真验证算法的优越性。
  针对考虑车载传感器故障的车辆协作式自适应巡航控制问题,建立纵-横结合的非线性车辆协作控制切换系统模型,利用李雅普诺夫方法设计基于线性矩阵不等式的模型预测控制器,优化车队的控制性能指标,从而进一步提高车队的控制性能。并通过Arduino搭建的实验车队对算法进行验证,表明了算法的有效性和实用性。
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