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基于反馈线性化的车辆编队控制

钱方  
【摘要】:车辆编队的控制问题对于提高交通系统的智能性和安全性具有重要意义。本文在领航跟随方法体系下对车辆编队控制问题进行了研究,主要工作如下: 1.利用领航跟随的控制方法,统一为编队中各车辆分别建立了两个基于运动学的无阻尼、纯滚动无滑动的数学模型。这两个模型中分别设计了以传感器作为固定离轴点和以期望距离相关量为偏移量的不定离轴点。并为了方便计算,建立起以跟随车辆为参考的新的坐标系下的动态模型。将跟随车辆与领航车辆的跟踪问题转化为跟随车辆离轴点对虚拟车辆的跟踪问题,即对三个误差系统的控制问题。 2.在所设计的控制结构模块的基础上,针对结构模块的第三层,用所建立的两个动态模型,分别设计了带有固定离轴点和不定离轴点的输入输出反馈线性化的跟踪控制器。这两个跟踪控制器均是以位置误差和航向角误差为状态量,以跟随车辆的线速度和角速度为控制量进行控制的。通过对两个增益的调节,即可使跟随车辆能够与领航车辆保持期望的距离和角度行驶,并通过李雅普诺夫定理分别证明了所设计的两个跟踪控制器的渐近稳定性。 3.利用图论将所设计的跟踪控制器扩展到由N辆车组成的车辆编队中。并以由十辆车组成的五角星队形为例,分别设计了两种不同的领航跟随关系下的邻接矩阵和参数矩阵。通过对两个矩阵和各初始条件的设定,对整个车辆编队进行仿真分析。并通过仿真结果,比较在车辆编队中不同领航跟随关系对控制结果的影响,以及相同领航跟随关系下不同跟踪控制器控制编队的跟踪效率和跟踪效果的优劣,从而得出结论。


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