网联车辆有限时间滑模预设性能队列控制

针对含有未知扰动和模型不确定的网联车辆预设性能队列控制问题,本文提出了一种基于改进滑模的有限时间队列控制方法.首先,为满足预设性能,设计了一种新型性能函数,保证了跟踪误差在预设时间内收敛到规定区域.其次,提出了一种改进的滑模队列控制算法,加快了系统收敛速度,实现了有限时间单车稳定及队列稳定,同时,设计了自适应律,有效解决了扰动及模型不确定问题.最后,进行了MATLAB仿真实验,通过6辆网联车的队列控制仿真验证了所提算法的有效性.     

考虑执行器非线性的固定时间全局预设性能车辆队列控制

针对含有执行器非线性的车辆队列控制系统, 提出一种固定时间全局预设性能控制(Global prescribed performance control, GPPC) 控制方法. 首先, 设计一种平滑等效变换, 在同一框架下解决死区及饱和问题, 同时消除执行器非线性固有拐点问题. 其次, 构造两个新型性能函数, 并基于此提出一种全局预设性能控制算法, 实现如下目标: 1) 保证跟踪误差在固定时间内收敛到预定稳态区域; 2) 消除初始误差必须已知的限制; 3) 减小误差的超调量. 然后, 基于上述等效变换及预设性能控制算法, 设计一种固定时间滑模队列容错控制方案, 实现固定时间单车稳定及队列稳定. 最后, 通过 MATLAB 仿真实验, 验证了所提算法的有效性.     

空气流动阻力下非线性车辆队列最优能耗控制方法

为了优化车辆队列在长距离行驶过程中的能源消耗,对空气流动阻力下车辆队列能耗优化间距策略以及相应的队列控制方法进行了研究;首先根据车辆队列在行驶过程中受到的空气流动阻力,建立基于异构风阻系数的车辆动力学模型;其次,设计基于滑模控制的非线性车辆队列控制方法,使其能够在不同风阻系数下稳定地收敛到期望的车辆队列;在此基础上,构建稳态下车辆队列能量消耗评价模型,并通过优化分析,计算能量消耗最优下的车辆队列期望车间距;最后通过数值仿真的手段验证所提控制方法的有效性与可行性;该结果表明:所设计的控制器能够使整个车辆队列达到期望的控制效果;得到的最优车间距能够使得特定条件下车辆队列稳态能量消耗降低。     

约束非线性车辆队列分布式多目标模型预测控制

针对具有状态和控制约束的非线性车辆队列系统多目标控制问题,提出一种分布式多目标模型预测控制(model predictive control, MPC)策略.首先,基于前车-后车单向通信拓扑,建立网联车辆队列非线性纵向巡航模型,应用字典序算法描述分布式多目标MPC问题;然后,通过设计弦稳定与收缩约束,并结合MPC三要素条件,保证车辆队列在经济性能与协同性能最优条件下的稳定性和弦稳定性结果;最后,通过典型工况的仿真结果验证所提出策略的有效性.     

混合交通环境车辆队列协同控制

车辆队列在提高驾驶安全性、提升交通流量、改善燃油经济性方面具有巨大潜力,但现有研究多针对完全由智能网联车辆组成的队列,难以适用于现实中的混合交通环境.为此,文章研究了人工驾驶车辆与智能网联车辆的混合队列协同控制方法,在智能网联车辆控制设计中引入后车信息,并分析了其对队列稳定性、跟踪性能、燃油经济性的影响.首先构建了一种...     

通信拓扑切换下车辆队列分布式模型预测控制

考虑通信拓扑切换下异质非线性车辆队列系统协同控制问题,提出一种能够保证车辆队列稳定和弦稳定的分布式模型预测控制策略.先结合车辆队列动态通信拓扑切换过程,构建与时间相关的图函数,再利用邻居车辆状态信息描述平均协同代价函数,并将其引入局部滚动时域优化控制问题.进一步,应用平均停留时间概念和切换系统Lyapunov稳定性理论...     

智能车辆队列横纵向有限时间滑模控制

针对智能车辆队列横纵向控制及误差快速收敛问题,本文提出一种分布式横纵向有限时间滑模控制策略.首先,考虑跟踪误差的连锁反应及横纵向耦合效应,利用投影变换建立车辆队列横纵向误差模型,提出一种车辆队列横纵向控制框架.而后,针对误差快速收敛问题,设计非奇异积分终端滑模面(NITSM)与自适应幂次积分趋近律(APIRL),通过构...     

通信延时环境下异质网联车辆队列非线性纵向控制

针对通信延时环境下的异质车辆队列控制问题, 本文提出了一种基于三阶模型的分布式非线性车辆队列纵向控制器. 首先, 基于三阶动力学模型描述了车辆的异质特性. 考虑车辆跟驰行为以及异质通信延时, 提出一种通信延时环境下的异质车辆队列非线性控制器. 所提控制器不仅可以在通信延时以及车辆异质特性的影响下实现队列中车辆的位置、速度以及加速度的一致性, 而且可以有效避免负的车辆间距和不合理的加/减速度, 保证车辆的运动行为符合交通流理论. 然后, 利用Lyapunov-Krasovskii定理对车辆队列的稳定性进行分析, 得出车辆队列的稳定性条件和通信延时上界. 最后, 所提控制器的有效性和稳定性通过数值仿真得到验证.     

预设跟踪性能下车辆队列执行器故障主动容错控制

研究预设跟踪性能下的车辆队列执行器故障主动容错控制问题.考虑执行器部分失效和偏移故障情形,设计Luenberger观测器和自适应残差阈值以实现执行器故障检测.在此基础上,为了确保执行器故障下的车辆队列暂态和稳态性能,在预设跟踪性能框架下,设计基于反步法的主动容错控制算法,在满足预设性能的前提下,实现车辆队列跟踪误差有界,且车辆间距满足安全性和紧凑性约束.仿真结果验证了所提出主动容错控制算法的有效性.     

车辆队列协同控制综述

通信技术和自动驾驶技术的高速发展为车辆队列协同控制带来了新的机遇.车辆队列协同控制能够有效提高车辆的行驶安全性,增加交通容量,减少交通拥堵,降低燃油消耗,具有重要的社会和经济效益,已成为智能交通系统重要研究方向和学术研究的热点.鉴于此,针对车辆队列协同控制的现有研究进展,从车辆队列建模、通信拓扑结构、单队列与多队列协同控制、队列性能分析4个方面分别概述现有研究方法及其优缺点,并对未来车辆队列协同控制的研究进行展望,为后续更深入的研究提供参考.     

面向实际操纵工况的汽车队列自适应协调控制策略

考虑实际操纵工况特别是低附着路面条件对汽车队列动力学稳定性的影响,提出针对异质汽车队列的自适应协调控制策略.建立包含车轮旋转动力学的队列分布式控制器设计模型,将车速-轮速误差引入队列的跟驰控制决策以协调车辆动力学与队列动力学,将路面附着引入间距策略以适应路面工况的变化.首先,以保证节点车辆的动力学稳定性和队列的跟驰控制性能为目标,基于滑模控制方法设计队列自适应协调控制策略,并基于Lyapunov方法证明队列跟驰的间距误差以及车速-轮速误差一致最终有界,导出兼顾车辆动力学的队列稳定性条件.然后,基于4辆车组成的异质汽车队列,在高、低两种路面附着工况下对控制方案进行仿真评价.仿真结果表明,所提出的自适应协调控制策略通过对节点车辆动力学和队列动力学的协调控制,能够保证汽车队列系统在大范围操纵工况特别是低附着路面工况下的车辆动力学稳定性、队列稳定性和交通流稳定性.     

一种协作式车队控制的新方法

针对协作式车队机动过程中存在燃油或制动延时的情况,建立车辆与车队动力学模型,综合考虑本车与相邻前车间的局部信息及领头车的全局信息,提出协作车队纵向控制策略.从避免Slinky-Effects效应出发,得到车队队列稳定条件,根据Lyapunov-Razumikhin方法证明车队中单车稳定性,并将两者相结合共同确定燃油或制动延时界限.在此基础上,分析车间距稳态误差及车队抖动与碰撞的避免条件.最后通过数字仿真检验上述设计,仿真结果对比表明了所提出控制策略具有较好的控制效果.     

网联车辆编队节油速度轨迹优化和分布式控制

本文研究了网联车辆编队的节油速度轨迹优化和分布式控制问题. 考虑异质车辆编队节油, 采用一种基于滚动时域优化的速度规划算法, 求解出适应于变化道路坡度的编队整体节油速度. 此外, 为了提高速度规划和调节的灵活性, 提出了一种基于期望编队速度的二次间距策略. 采用基于间距误差最小化的分布式凸优化算法对轨迹优化问题进行求解, 为所有跟随车提供最优轨迹. 在此基础上, 设计了一种具有双幂次趋近律的PID型滑模控制器, 使得各跟随车跟踪最优轨迹. 仿真结果表明, 该方法可在忽略空间和速度扰动的情况下保证车辆的内部稳定性和队列稳定性.