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基于滑模的网联车队系统建模及控制研究
| 论文题名： | 基于滑模的网联车队系统建模及控制研究 |
| 关键词： | 网联车队;滑模控制;队列稳定性;模糊自适应;Lyapunov函数 |
| 摘要： | 随着人们生活水平的日益提高，机动车保有量不断增加，全国所面临的城市道路交通问题变得日益严重。智能交通系统为缓解道路拥堵、增加交通容量、提高通行效率、减少环境污染、节约能源等提供了可能。网联车队系统已经成为智能交通系统的重要组成部分。然而，对于不同的车辆通信结构及车间距离策略，选择合理的控制器结构的同时，考虑在车辆长时间运行过程中出现零件磨损、老化或外界干扰受损等原因，设计可行的纵向车队控制器成为重中之重。本文研究三阶网联车队的纵向协同滑模控制问题。主要工作总结如下： 首先，针对基于Lyapunov函数的网联车队滑模控制问题进行研究。考虑到车辆模型是三阶(属于高阶模型的滑模控制)，采用固定间距的车间距离策略，设计PID型滑动变量，根据滑动变量及其一阶导数设计Lyapunov函数，从而利用李雅普诺夫第二方法设计出Lyapunov-滑模控制器，能够实现单车稳定性和车队队列稳定性。最后，对由五辆车组成的网联车队进行数字仿真，并与Lyapunov控制器进行比较，验证了所提出控制算法的有效性和优越性。 其次，研究了执行器故障及饱和下的网联车队耦合滑模控制问题。建立了考虑时变执行器故障、执行器饱和及集总扰动的三阶非线性网联车队模型。然后，在所建立的模型基础上，设计新的PID型耦合滑动变量，提出了一种结合线性集总扰动观测器的耦合滑模控制算法，并证明了所设计的控制算法能够实现单车稳定性及车队队列稳定性。同时，为了验证所提出控制算法的有效性，对由五辆车组成的网联车队系统进行数值仿真，并与PID型的网联车队系统控制器进行比较，验证了所提出控制器的优越性。 最后，针对执行器故障及饱和的非线性网联车队系统进行控制器设计。建立了时变执行器故障及饱和下的网联车队的三阶非线性动力学模型。基于该模型，设计了一种结合非线性扰动观测器(NonlinearDisturbanceObserver,NDO)的模糊自适应滑模车队控制器，可同时实现零初始间距误差下的单个车辆稳定性和队列稳定性控制目标。此外，为了解决非零初始条件引起的车辆队列不稳定问题，考虑了一种新的改进的固定时间间距策略。最后通过仿真及阿克曼小车组成的网联车队上分别进行了数值仿真和实验，验证了所提控制算法的优越性。 |
| 作者： | 申浩阳 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 岳伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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