脉冲变时滞车辆纵向跟随系统的群指数稳定性与控制

针对具有脉冲扰动和变时滞的顾前车辆纵向跟随系统,在假设各孤立子系统指数稳定的前提下,分析了该系统的群指数稳定性与控制.首先利用向量Lyapunov函数法和数学归纳法给出确保该系统群指数稳定的充分条件;然后基于得到的稳定性条件,采用滑模变结构控制策略对脉冲变时滞车辆纵向跟随系统进行控制器设计;最后通过一个数值仿真算例验证了所得结论的正确性以及在实际中如何应用.     

基于模型预测控制的电动车辆队列控制研究

针对车辆队列建模时参数不确定导致控制存在误差的问题,以及队列中跟随车辆稳定性问题,分析车辆纵向动力学,设计一个鲁棒MPC控制器和滑移率控制器来提高队列车辆的控制精度和稳定性.首先对纵向MPC控制器进行改进,提高车辆队列控制精度；同时为防止跟随车辆的轮胎打滑,设计一个MPC滑移率控制器对跟随车辆的轮胎滑移率进行控制约束,保证了跟随车辆的纵向稳定性.最后,进行仿真实验验证其有效性.仿真实验结果表明,与传统的LQR、MPC控制器相比,改进的鲁棒MPC纵向控制器控制精度更高,同时MPC滑移率控制器可防止跟随车辆的轮胎打滑,保证了跟随车辆的纵向稳定性.     

时延MPC自主车辆协同控制算法与仿真

协同自适应巡航控制（CACC）系统中车辆纵向运动的上下位分层控制器结构,上位控制器采用状态空间模型预测控制算法,利用期望距离以及车辆与环境的实时信息决策出被控车辆运动的期望加速度。下位控制器根据期望加速度,求解发动机节气门开度或制动压力。车辆的执行器时延会对系统的稳定性产生很大的影响。根据动态矩阵控制算法对纯滞后对象的补偿作用,提出一种改进的模型预测控制算法,并与PID控制算法（下位控制器）相结合形成自主车辆纵向运动的上下位分层控制器,以补偿车辆的执行器时延带来的影响。通过SIMULINK/CARSIM联合仿真平台对所设计的算法进行了仿真研究,仿真结果表明所设计算法减小了CACC系统车辆在跟随过程中的速度跟踪误差以及间距误差,提高了系统的稳定性法。     

通信延时环境下基于观测器的智能网联车辆队列分层协同纵向控制

考虑通信延时影响的车辆队列控制问题,提出一种基于观测器的分布式车辆队列纵向控制器.首先,基于分层控制策略分别设计上下层控制器,通过上层控制器优化期望加速度、下层控制器克服车辆模型非线性实现期望加速度和实际加速度的一致.上层控制器设计过程中,基于三阶线性化车辆模型,考虑观测器、车辆动态耦合特性和通信延时,提出一种通信延时环境下基于观测器的车辆队列控制器,利用观测器估计领导车辆加速度信息从而减轻通信负担.然后,利用Lyapunov-Krasovskii方法分析车辆队列的稳定性,并得出通信延时上界,同时利用传递函数方法分析了串稳定性.最后,通过数值仿真验证上层控制器的有效性和稳定性.在此基础上,利用PreScan软件中高保真车辆动态模型,验证了该分层控制策略的有效性.     

具有丢包的非线性奇异系统的网络脉冲控制器设计

针对给定的一类非线性奇异系统,设计了基于数据丢包的网络脉冲控制器.首先建立了非线性奇异网络脉冲控制系统的数学模型;然后根据李亚普诺夫稳定性理论,分别考虑系统在连续状态和脉冲时刻的指数稳定性条件,给出了基于数据丢包的网络脉冲控制器的设计方法,使网络脉冲控制器能够保证具有数据丢包的非线性奇异系统实现指数稳定;最后,以洛伦兹混沌系统为例表明了控制器设计方法的正确性.     

汽轮发电机的自适应励磁控制

本文采用滤波夫的超稳定性理论设计自适应模型跟随控制系统的思想，基于大型化发电机的三阶线性化方程，设计了自适应励磁控制器，并将该控制器用于电机的五阶非线性模型系统进行了数字仿真，结果表明，该系统能够根据运行点的变化自动地调整反馈增益矩阵，使系统具有良好的阻尼，显著地改善了系统在矩时大干扰下的暂态响应，其动态品质及稳定性均优于基于二次型性能指标的最优控制。     

车辆主动转向系统的鲁棒控制器设计研究

本文将H2/H∞鲁棒控制理论应用于电动助力转向系统的控制策略研究,在建立前轮转向理想跟踪模型基础上,提出一种基于H2/H∞模型跟踪技术的主动转向控制方法,并对设计的控制器进行仿真分析与对比.通过仿真分析,从理论上验证基于H2/H∞跟踪控制理论的转向控制器可以适用于汽车的EPS转向系统,能很好地跟随理想车辆转向模型,有利于提高车辆的主动安全和稳定性.     

一种混合神经网络飞行控制方法研究

讨论了一种基于神经网络控制的飞行控制方法。针对复杂非线性系统难以建立精确模型的特点,利用神经网络的任意非线性逼近能力进行控制器设计,首先应用神经网络在线辨识对象逆模型,进行控制系统反馈线性化;接着利用circle theorem（圆定理）设计线性PID鲁棒控制器,控制系统输出跟随系统输入,然后应用神经网路自适应逆方法设计混合控制器,最后以F-8飞机纵向飞行控制模态为研究对象进行仿真。仿真结果表明,该控制方法具有较强的自适应和抗干扰能力。     

智能车辆路径跟踪控制方法

为了提高智能车辆路径跟踪控制器的可靠性和控制精度,提出一种基于误差动力学模型的路径跟踪控制方法.基于车辆运动学模型和动力学模型建立系统误差动力学模型,并在此基础上推导出车辆路径跟踪控制的稳态控制律,利用李雅普诺夫稳定性理论验证稳态控制律的正确性.为了减小外部干扰对控制性能的影响,提高控制器的可靠性,进一步设计基于车辆侧向位移误差的瞬态控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论验证闭环系统的稳定性.稳态控制律和瞬态控制律构成了非线性的路径跟踪控制器.通过与车辆路径跟踪常用的线性控制器和非线性控制器对比验证所提出控制方法的有效性,线性控制器选用LQR控制器,非线性控制器选用Stanley控制器.仿真结果表明,与LQR控制器相比,所提出控制方法的路径跟踪控制精度、抗干扰性和可靠性更好.与Stanley控制器相比,所提出控制方法具有更好的路径跟踪控制精度和控制收敛速度,且在大曲率路径跟踪过程中具有更好的可靠性.     

车辆座椅悬架系统的建模与H∞鲁棒控制研究

建立了四自由度的“车—椅—人”悬架系统动力学和数学模型．运用H∞鲁棒控制理论为车辆座椅悬架系统设计了鲁棒控制器，并且借助Matlab软件对鲁棒控制器和最优控制器的控制性能进行了仿真分析．仿真结果表明：与最优控制器相比所设计的鲁棒控制器能更好地抑制座椅悬架系统的垂直振动加速度，在共振频率附近其减振幅度能达到50%～60%，大大提高了乘坐舒适性，并且该系统能够承受一定的模型参数不确定性，具有良好的鲁棒稳定性．     

智能车辆队列横纵向有限时间滑模控制

针对智能车辆队列横纵向控制及误差快速收敛问题,本文提出一种分布式横纵向有限时间滑模控制策略.首先,考虑跟踪误差的连锁反应及横纵向耦合效应,利用投影变换建立车辆队列横纵向误差模型,提出一种车辆队列横纵向控制框架.而后,针对误差快速收敛问题,设计非奇异积分终端滑模面(NITSM)与自适应幂次积分趋近律(APIRL),通过构造Lyapunov函数分析系统的有限时间稳定性与队列稳定性.最后,基于Trucksim/Simulink联合仿真以及实车实验进一步验证了本文方法的有效性.结果表明,本文所提方法能保证队列稳定性,并实现误差快速收敛,规避跟踪误差的连锁反应及车辆横向运动对纵向车间距误差的影响.     

一种协作式车队控制的新方法

针对协作式车队机动过程中存在燃油或制动延时的情况,建立车辆与车队动力学模型,综合考虑本车与相邻前车间的局部信息及领头车的全局信息,提出协作车队纵向控制策略.从避免Slinky-Effects效应出发,得到车队队列稳定条件,根据Lyapunov-Razumikhin方法证明车队中单车稳定性,并将两者相结合共同确定燃油或制动延时界限.在此基础上,分析车间距稳态误差及车队抖动与碰撞的避免条件.最后通过数字仿真检验上述设计,仿真结果对比表明了所提出控制策略具有较好的控制效果.     

传感器测量误差下的非线性车辆队列控制

传感器测量误差对车辆队列的有效控制与稳定性造成了较大的影响;通常情况下,大多研究成果将传感器测量误差设定为分布规律已知的随机数列(如高斯分布,泊松分布等),以便采用特定的数理方法消除误差影响;然而对于控制系统中仅满足有界条件的测量误差,仍需开展进一步的深入研究;针对此类现状,以非线性车辆队列控制为研究对象,综合考虑车载传感器的有界测量误差与车辆之间的有向通信拓扑,设计一种基于滑模的车辆队列控制方法;该方法能有效解决有界传感器测量误差下的车辆队列控制问题;此外,在控制过程中利用预设性能控制(PPC,prescribed performance control)理论,进一步约束车辆队列跟踪误差,确保车辆队列的队列稳定性;最后,通过数值仿真的方式验证本文所提出控制算法的有效性和可行性。     

约束非线性车辆队列分布式多目标模型预测控制

针对具有状态和控制约束的非线性车辆队列系统多目标控制问题,提出一种分布式多目标模型预测控制(model predictive control, MPC)策略.首先,基于前车-后车单向通信拓扑,建立网联车辆队列非线性纵向巡航模型,应用字典序算法描述分布式多目标MPC问题;然后,通过设计弦稳定与收缩约束,并结合MPC三要素条件,保证车辆队列在经济性能与协同性能最优条件下的稳定性和弦稳定性结果;最后,通过典型工况的仿真结果验证所提出策略的有效性.     

自主车辆队列控制系统的稳定性分析

针对含通信时延的车辆队列系统,开展内部稳定性和队列稳定性分析研究;首先,利用矩阵相似变换,将高维车辆队列闭环控制系统降维拆分为若干等价的低维子系统,极大地降低了内部稳定性分析的解析难度和运算量;在此基础上,利用直接法求解了车辆队列子系统特征方程的临界虚根,从而推导了准确的时延边界,获得了车辆队列系统内部稳定的充要条件;然后,为了保证干扰沿车辆队列向后传播时不扩散,通过频域分析车辆间误差传递函数,给出了系统的队列稳定性条件,以及时延和控制器参数的指导原则;最后,通过仿真验证了所提稳定性分析方法的有效性。     

Distributed adaptive control for vehicular platoon with unknown dead‐zone inputs and velocity/acceleration disturbances

This paper is focused on designing a distributed adaptive control scheme for a vehicular platoon with unknown bounded velocity/acceleration disturbances and unknown nonlinear dead‐zone inputs. Our aim is to design distributed adaptive controllers based on integral sliding mode control techniques that guarantee practical exponential convergence (i.e., exponential stability of an arbitrarily small neighborhood of zero) of the spacing errors and the string stability of the whole vehicular platoon. The contributions of this paper are that: (i) based on a modified constant time headway policy, the whole vehicular platoon is guaranteed to have string stability despite dead zone inputs; (ii) adaptive compensation terms are constructed to compensate for the time‐variant effects caused by unknown bounded velocity/acceleration disturbances, and unknown dead zone inputs; (iii) an efficient numerical method for avoiding the singularity problem of the control law is also proposed. Numerical simulation results show the validity and advantages of the proposed method are significantly higher traffic density and string stability. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

马尔科夫链通信拓扑下的车辆队列最优能耗控制

针对马尔科夫链通信拓扑下的车辆队列控制问题,综合考虑车辆队列的非线性动力学模型和行驶能耗优化目标,提出一种基于分布式状态观测器的车辆队列能耗优化控制方法.由于在马尔科夫链通信拓扑下,部分车辆获取的邻居车辆信息具有动态切换特性,严重影响了车辆队列控制算法的有效性和稳定性.鉴于此,首先,设计一种用于估计领航车辆状态信息的状态观测器,有效避免通讯拓扑切换对队列控制系统造成的干扰;然后,结合车辆的非线性动力学模型与队列优化目标,构建一种基于指数折扣函数的车辆队列能耗优化框架,将车辆队列的能耗优化问题转化为Riccati方程的求解问题,进而得到车辆队列的最优能耗控制输入,在此基础上,通过构造动态通信拓扑下的李雅普诺夫函数,分析车辆队列控制系统的稳定性条件,即只要每个可能的通信拓扑均需包含一个以领航车辆为根的有向生成树,就可使得该车辆队列控制系统满足稳定性和队列稳定性;最后,通过数值仿真验证所提出控制算法的可行性和有效性.     

Nonlinear platoon control of Arduino cars with range-limited sensors

This paper investigates the problem of platoon control with sensor range limitation. A nonlinear vehicular platoon model is established, in which the sensing range constraint described by a piecewise nonlinear function is involved. Then a robust nonlinear control design method is proposed based on a disturbance observer and the backstepping technique. The results are obtained in the context of both individual vehicle stability and platoon string stability analysis, which can lead to substantially enhanced platoon control performance with a guaranteed level of attenuation of the disturbance caused by lead vehicle acceleration and wind gust. The effectiveness of the method has been shown by numerical simulations and experiments carried out with Arduino cars.     

考虑行车能见度状况的车辆队列协作控制

本文考虑了能见度状况影响下的车辆队列协作控制问题.针对车辆行驶中可能出现的3种(正常、低以及超低)能见度状况,分析了其对距离传感器测量输出的影响,并建立了具有切换结构的车辆控制模型.基于平均驻留时间技术以及分段Lyapunov函数方法,在不同能见度状况下,得到了能够保证车辆列队跟踪误差稳定的车辆控制器存在条件以及控制器增益求解方法.通过对车辆控制器增加限制条件,得到了能够保证队列稳定性要求以及实现零稳态距离跟踪误差的车辆协作控制算法.通过MATLAB仿真实验以及Ardunio智能小车实验,验证了本文所提出的算法的有效性以及实用性.