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考虑通信时延与采样控制的自主车辆队列稳定性分析
| 论文题名： | 考虑通信时延与采样控制的自主车辆队列稳定性分析 |
| 关键词： | 自主车辆队列;通信时延;采样控制;PLEXE实时仿真;稳定性分析 |
| 摘要： | 自主车辆队列通过无线通信实现车间信息交互，能够减缓交通拥堵、增加道路容量和道路安全。由于无线通信技术受带宽限制和信道拥堵等因素的制约，必然产生通信时延，对自主车辆队列的稳定性造成不利影响。因此，为了提高带宽利用率，减缓通信负载，考虑对车间传递的状态数据进行采样。然而，这种采样控制不能彻底避免信道拥堵现象，当传输数据量过大时，仍存在通信延迟。针对上述问题，本文考虑通信时延与采样控制，给出自主车辆队列的内部稳定性与队列稳定性分析方法，并开展实时仿真验证，主要研究工作和成果包括： （1）针对通信时延下自主车辆队列的内部稳定和队列稳定问题，利用系统稳定性与特征根之间的关系，求解系统临界稳定的纯虚根，分析了自主车辆队列的内部稳定性，给出了内部稳定的充要条件；此外，采用固定时距间距策略和r辆前车跟随式拓扑，通过在频域上分析控制器增益的可行域，对自主车辆队列的队列稳定性进行了分析，给出了车头时距的取值范围。最后，仿真验证了所提出稳定性分析方法的有效性。 （2）针对采样控制下含时延自主车辆队列的内部稳定和队列稳定问题，提出了一种适用于任意拓扑的状态反馈控制算法，构建Lyapunov-Krasovskii函数分析了自主车辆队列的内部稳定性；此外，考虑固定时距策略和r辆前车跟随式拓扑，将误差传递函数的无穷范数作为判定准则，分析了自主车辆队列的队列稳定性，给出了含采样周期的队列稳定判据。最后，仿真验证了所提出稳定性分析方法的准确性。 （3）利用PLEXE仿真实验平台，开展更贴近实际通信网络和道路环境的自主车辆队列仿真测试。考虑通信时延与采样控制，对PLEXE进行二次开发，通过设置车辆动力学模型、分布式控制器和通信拓扑等必要参量，完成自主车辆队列的PLEXE实时仿真验证。其仿真结果与数值仿真基本一致，进一步验证了所提出的内部稳定性和队列稳定性分析方法的有效性。 |
| 作者： | 任欣 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 朱旭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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