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面向能耗优化的车辆队列协同控制方法研究
| 论文题名： | 面向能耗优化的车辆队列协同控制方法研究 |
| 关键词： | 车辆队列;协同控制;能耗优化;LQR控制;滑模控制 |
| 摘要： | 近年来，随着资源短缺、环境破坏等问题日益严峻，车辆队列能耗优化控制技术在降低能源消耗、减少污染排放等方面展现出明显的优势，受到学术界广泛关注。然而，在实际应用中，车辆队列控制受到车辆队列通信拓扑结构、车辆动力学模型等实际因素的限制，进而对车辆队列的节能效果产生一定的影响。因此，本文从优化控制的角度出发，综合考虑车辆队列控制在实际应用中所面临的限制条件，设计不同情况下面向能耗优化的车辆队列控制算法，并从理论分析与仿真实验两方面验证所提算法的可行性与有效性。主要研究工作和成果如下： （1）针对集中式通信拓扑下车辆队列的能耗优化控制问题，通过精确反馈线性化得到车辆队列三阶动力学模型，结合领航车跟随式(LeaderFollowing,LF)通信拓扑，构建面向能耗优化的车辆队列控制模型。在此基础上，通过优化控制的方法设计车辆队列能耗优化控制器，并分析优化算法的可行性与有效性，使得车辆队列能够更有效地减少行驶能耗。 （2）针对分布式通信拓扑下车辆队列的能耗优化控制问题，首先根据代数图论分析车辆队列内的信息交互模式。再结合车辆队列的轨迹跟踪误差以及控制输入，构建面向能耗优化的车辆队列控制模型。在此基础上，通过线性化的方式调整车辆队列优化控制的约束条件，并利用LQR控制理论，设计面向能耗优化的车辆队列控制算法。最后，通过数值仿真的方式验证所提优化算法的可行性与有效性。 （3）考虑空气流动阻力下的车辆队列能耗优化控制问题，首先分析队列行驶车辆空气阻力系数与车辆间距之间的影响规律，并构建基于异构空气阻力系数的车辆队列非线性动力学模型。在此基础上，设计基于滑模控制的车辆队列控制方法，并根据该控制输入形式，构建稳态下的车辆队列能量消耗优化模型。最后通过优化控制的方式，计算面向能耗优化的车辆队列车间距调整策略。 |
| 作者： | 杜正源 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 闫茂德 |
| 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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