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原文传递异构自主车队的队列稳定性研究

论文题名：	异构自主车队的队列稳定性研究
关键词：	滑模控制;自适应补偿技术;异构自主车队;固定车间距策略;队列稳定性
摘要：	汽车被誉为“改变世界的机器”，汽车的发明一方面极大程度上给人类带来极大的便利，提高了人类出行的便捷性、舒适性和自由性。但另一方面，随着科技的不断进步和经济的快速发展，汽车的数量也在急剧增加，这使得交通堵塞，经济社会诸项功能衰退，环境污染等一系列恶劣后果随之产生。很多时候，车辆受着车辆加速度扰动，风速、参数不确定性等外部干扰。同时由于实际交通中车辆执行器本身的物理限制和对乘客安全的考虑，在几乎所有的应用中车辆执行器饱和甚至死区是不可避免的。执行器一旦饱和、死区而不加以控制，后果会比较严重，通常导致车辆性能的下降甚至不稳定。因此，如何减缓执行器饱和、死区的影响对于异构自主车队显得尤为重要。　　本文以异构自主车队为研究对象，根据车队所受外界条件的不同设计相应的车队模型和控制器以实现自主车队的稳定性，主要工作如下：　　第一，分析了滑模控制和基于李雅普诺夫理论自适应控制的基本原理，设计了特定的车间距策略以增大交通流量和道路密度。　　第二，针对受到车辆加速度扰动，风速、参数不确定性和高机动、高噪声环境下由网络引起的中间的不确定性等外部干扰的异构自主车队，建立特定的车队模型，设计了控制车队的固定车间距策略和新型自适应分布控制器以保证车队各车辆在有限时间内的稳定性和队列的稳定性，并通过数值仿真和实验验证了所提方法的有效性。　　第三，针对充分考虑执行器饱和、外部有界未知加速度干扰（外部干扰的上确界和下确界并不要求已知）的异构自主车队，建立适应该条件的车队二阶控制模型，设计了合适的固定车间距策略和自适应分布控制器并结合自适应补偿滑模控制技术用于补偿外部干扰的实变影响，同时通过建立李雅普诺夫函数，证明了车辆的有限稳定性和车队的队列稳定性，并证明了该方法的有效性。　　第四，针对充分考虑执行器饱和死区、外部有界未知加速度干扰的基于网络的异构自主车队，建立车队纵向控制模型和设计二阶跟随车队的分布式滑模控制器，并采用固定车间距策略以提高交通密度和交通流量。同时基于李雅普诺夫稳定性理论证明车队的队列稳定性并通过数值仿真和实验进行验证。　　综上，本文研究了外界干扰、执行器饱和、执行器死区对异构自主车队的影响，并根据相应情况设计了合适的控制器，满足了车队各车辆在有限时间内的稳定性和队列的稳定性的控制要求。
作者：	田广旭
专业：	控制科学与工程
导师：	高强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津理工大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文