自主车辆智能巡航分散控制的鲁棒性分析

• 作 者: 廖艳艳
• 机 构: 北京大学
• 出 处: 北京大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 自主车辆 智能巡航控制系统 分散式控制 鲁棒性分析

自主车辆的智能巡航控制是自动公路系统的重要技术，它们的运用能够潜在增加高速公路的容量和稳定性，很多研究者对此进行了大量的研究。本文以一排装有智能巡航控制系统的自主车辆为研究对象，用空间离散模型和偏微分方程近似方法研究了在开放边界条件和周期边界条件中，考虑车载传感器和执行器的带宽时，自主车辆系统的稳定性和系统对边界干扰的响应；为自主车辆智能巡航控制系统的研究，提供了新思路和可供参考的新方法。文章的主要内容包括：　　
第一，基于一排能反馈相邻车辆信息的自主车辆，考虑了车辆传感器和执行器的时延，系统分别取开放边界条件和周期边界条件，智能巡航控制系统的控制律对前后两个相邻车辆的信息有无偏置反馈三个方面，给出了单个车辆微分方程组形式的运动方程。对一排自主车辆采用分散式控制策略，以保证相邻车辆有相同的相对速度和一定的安全间距。控制律中用到了已车与前后相邻车辆的相对位置、相对速度和相对加速度信息。车辆的动力学特性用四阶微分方程表示，通过假设条件简化，在系统平衡解附近线性化得到系统方程。　　
第二，研究系统的稳定性，并由稳定判据得到两种边界条件和两种模型下系统线性稳定的充要条件或稳定边界。空间离散模型中将系统方程取拉式变换并写成矩阵形式，得到系统的特征多项式，利用Routh—Hurwitz稳定性判据，得到系统线性稳定的稳定域或稳定边界。偏微分方程近似方法中，代入不同边界条件并采用变量分离方法，得到对应不同模态的特征方程，由相应的稳定性判据得到线性稳定的条件和稳定边界。我们还通过理论推导和数值仿真，比较了相同边界条件下两种模型描述中的系统稳定边界。　　
第三，对于开放边界条件和周期边界条件，分别用空间离散模型和偏微分方程近似方法，分析了系统对边界干扰的响应，进行性能分析。通过直接计算离散和连续两种模型的特征模态，分析每阶模态对边界干扰的响应，得到每阶模态的幅值对边界干扰的传递函数，并用数值仿真了不同参数条件下传递函数的H∞范数；还得到了单个车辆对边界干扰的响应。研究结果表明，若反馈偏置较小，空间离散模型在低阶模态时与连续模型的低阶模态截断，系统对于扰有相同性质的响应。周期边界条件情形时的两种模型，当反馈增益在一定范围内取值时，系统对边界干扰有相同性质的响应。