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原文传递考虑预设时间的网联车辆/无人机系统队列控制研究

论文题名：	考虑预设时间的网联车辆/无人机系统队列控制研究
关键词：	网联车辆;无人机;队列控制;预设时间
摘要：	队列控制扩展了网联车辆、网联无人机系统中个体的环境感知能力，采用紧凑的跟驰策略，实现对队列空间、速度和路径等的精准控制，可以有效地缓解网联车辆的交通拥堵，避免长时间路网过饱和，以及降低网联无人机系统风阻，节约能量，提升续航。网联无人机系统还可以扩展道路网联车辆队列系统临场视提供更精准的道路信息形成全维车联网系统，并且根据其灵活机动性形成空间队列系统与道路车辆队列系统形成交互平台。然而，目前针对网联车辆/无人机系统队列控制的研究主要关注于其内稳态分析，即链式稳定性，缺乏面向队列距离、收敛时间、未知扰动以及系统不确定性等复杂约束的队列控制分析方法。鉴于此，本文主要开展考虑预设时间稳定的网联车辆/无人机系统队列控制问题，主要研究内容如下：　　1)针对考虑柔性距离约束的网联车辆系统队列控制问题，设计了基于动态增益的分布式控制器，实现了存在柔性安全距离约束下的预设时间队列控制。首先，针对单积分模型刻画的网联车辆队列控制问题，提出了基于预定性能和时间映射的分布式队列控制策略，实现了柔性安全距离约束下的预设时间车辆队列控制；进而，利用反步控制方法，针对双积分刻画的网联车辆，提出了基于动态增益的分布式控制器，并给出了输入界限计算方法，实现了任意预设时间收敛的队列控制。　　2)针对考虑外部未知扰动的三阶动态网联车辆系统队列控制问题，设计了预设时间收敛的干扰观测器与控制器，实现了预设时间内的干扰补偿与稳定控制。首先，提出了基于动态增益的干扰观测器，实现了未知干扰的预设时间观测；进而，提出了基于动态增益的干扰补偿策略，给出了不依赖于系统参数的预设时间队列稳定条件。　　3)针对同时考虑柔性距离约束与外部未知扰动的三阶动态网联车辆系统队列控制问题，提出了预设时间收敛的一阶扰动观测器和预定性能控制器，实现了未知干扰下满足柔性安全距离约束的预设时间队列控制。首先，提出了基于动态增益的一阶扰动观测器，实现了对未知干扰的快速观测；进而，提出了可同时实现避碰、连通性保持与预设时间收敛的分布式队列控制器，实现了安全快速的网联车辆系统队列控制。　　4)针对存在通信约束的非线性网联无人机系统队列控制问题，提出基于径向基神经网络(RBFNN)与动态面技术的自适应预设时间收敛控制器，实现了安全距离与未知动态约束下的非线性无人机系统队列控制。首先，利用动态面技术与神经网络近似技术拟合系统不确定动态；其次，提出基于自适应动态面技术与未知干扰观测器的预设时间收敛控制器，实现了通信约束下，不依赖于系统参数与系统初始状态的预设时间收敛的非线性无人机系统的队列控制。　　5)针对存在未知扰动的非线性网联无人机系统队列控制问题，提出基于自适应滑模观测器的预设时间收敛队列控制器，实现了未知扰动与系统不确定性条件下的非线性无人机系统队列控制。首先，提出了基于自适应动态增益的预设时间滑模观测器，实现了对外部干扰的快速观测；进而，结合动态增益技术与预定性能控制方法，提出了基于自适应RBFNN的预设时间队列控制器，实现了位置干扰与通信受限条件下的非线性无人机系统队列控制。
作者：	王建格
专业：	控制科学与工程
导师：	罗小元
授予学位：	博士
授予学位单位：	燕山大学
学位年度：	2020