毕业设计-车辆编队控制与仿真研究

沈阳化工大学信息工程学院本科生毕业（设计）论文题目：车辆编队控制与仿真研究学生姓名：学号：07120214专业：自动化指导教师：2011年5月5日毕业设计（论文）任务书专业：自动化班级：0702学生：毕业设计（论文）题目：车辆编队控制与仿真研究毕业设计（论文）内容：建立车辆与车队的动态模型，设计控制器控制领队车辆与跟随车辆的距离以及两者之间的角度；对系统进行稳定性分析。毕业设计（论文）专题部分：针对自主车辆本身存在的约束关系，采用领航者-跟随者研究方法进行车辆与车队的建模,并利用李亚普洛夫稳定性分析法和反馈线性化法对系统稳定性进行分析，对比两种分析方法。设计控制器并编写程序进行仿真，分析仿真结果并总结是否满足控制要求。起止时间：2011年3月---2011年6月指导教师：签字年月日教研主任：签字年月日学院院长：签字年月日沈阳化工大学学士学位论文摘要摘要本文主要研究车辆的编队控制，通过车辆编队控制提高道路车辆密度,增加道路容量;同时,有效地缓解交通拥堵,增强交通的畅通性及安全性.此外,车辆编队行驶可以降低车辆受到的空气阻力,降低车辆耗油,节约能源.因此有必要对车辆编队的控制方法进行研究.近年来，自主车辆的队形控制问题逐渐引起了研究人员的关注。本文深入研究国内外在队形控制方面的理论成果，总结现有成果中存在的不足和局限性，对自主车队的队形控制问题进行进一步研究。本文的主要研究内容如下:首先，详细的阐述了目前关于车队控制及编队控制方法问题的研究现状，概述了国内外针对该领域的最新研究进展，并对研究现状进行分析与总结，提出了相关的研究成果以及所得到的研究成果中仍然存在的几点问题和局限性。其次，针对现有的编队控制模型建立过程中存在的局限性和不足。本文重新建立坐标系，结合四轮车辆自身的运动学约束关系，运用跟随-领航者的编队方法，将车队的控制问题转化为车辆之间的跟踪问题，并对车辆控制系统进行必要的稳定性分析。再次，对本文中建立的新的跟随领航者车队非线性运动模型，采用Lyapunov控制算法设计跟随车辆的跟踪速度控制器，保证跟随车辆能够与领队车辆保持期的相对距离和角度行驶，另外还采用反馈线性化方法设计跟踪速度控制器来将非线性系统化为线性系统，达到车沈阳化工大学学士学位论文摘要辆预期的间距和行驶角度，并根据设计的跟随车辆跟踪控制器用simulink对系统进行仿真，通过仿真来验证在新模型基础上设计的控制器对车队队形是否具有良好的控制效果。然后，将设计的跟随车辆的控制器扩展到N辆车组成的车队队形控制中。最后，对整个车队系统仿真，验证了控制器对于整个车队的队形控制效果的有效性，并保证整个编队系统的稳定性和对外界干扰的鲁棒性.文章末尾对本文的一些研究成果进行大致总结。关键词:队形控制，领航者-跟随者;LyaPunov算法,反馈线性化,仿真，车辆编队沈阳化工大学学士学位论文AbstractAbstractTheFlexibleLow-costAutomatedScaledHighway(FLASH)laboratoryattheVirginiaTechTransportationInstitute(VTTI)isoneofmanyfacilitiesdedicatedtothefieldofIntelligentTransportationSystems(ITS).ThegoaloftheFLASHlabistoprovidesmallscaledevelopmentandimplementationofautonomouscontrolstrategiesfortoday’svehicles.Thecurrentcontrollerusedonthescalevehiclesisbasedsolelyonthekinematicsofthesystem.Thisbodyofworkwasaimedtodevelopadynamiccontrollawtoenhancetheperformanceoftheexistingkinematiccontroller.Thiscontrolsystemisintendedtoautomaticallymaintainthevehicle’salignmentontheroadaswellaskeepthespeedofthevehicleconstant.Implementationofsuchsystemscouldconceivablyreducedriverfatiguebyremovingnearlyalltheburdenofthedrivingprocessfromthedriverwhileonthehighway.Systemdynamicsofcar-likerobotswithnonholonomicconstraintswereemployedinthisresearchtocreateacontrollerforanautonomouspathfollowingvehicle.Theapplicationofworkingkinematicanddynamicmodelsdescribingcar-likeroboticsystemsallowedthedevelopmentofanonlinearcontroller.SimulationsofthevehicleandcontrollerweredoneusingMATLAB.Comparisonsofthekinematiccontrollerandthedynamiccontrollerpresentedherewerealsodone.In沈阳化工大学学士学位论文Abstractordertomakethesimulationsmodeltheactualsystemmoreclosely,measuresweretakentoapproximateactualsensorreading.Keyword:vehiclelongitudinalmovement，leader-follower,Lyapunovfunctionbasedapproach，Feedbacklinearization，simulation，vehicleplatoo沈阳化工大学学士学位论文目录目录第一章绪论.............................................................................................11.1研究目的及意义...........................................................................11.1.1研究背景.............................................................................11.1.2研究意义.............................................................................11.2国内外研究现状...........................................................................21.2.1编队控制研究方法..............................................................21.2.2车辆编队控制研究中的不足.............................................41.3本文研究的主要内容及结构.......................................................5第二章车辆模型.......................................................................................62.1单个车辆的运动学模型...............................................................62.2跟随领航者的车队模型................................................................82.2.1领航者-跟随者运动模型....................................................8⒉2.2跟随车辆的位置误差.......................................................112.3本章小结.....................................................................................12第三章车辆控制器设计.........................................................................133.1前提条件假设.............................................................................133.2控制器设计思路..........................................................................143.3车辆控制器设计..........................................................................153.3.1采用Lyapunov分析法设计控制器................................153.3.2采用反馈线性化设计控制器...........................................18沈阳化工大学学士学位论文目录3.4本章小结......................................................................................19第四章系统仿真.....................................................................................204.1simulink简介............................................................................204.2仿真.............................................................................................204.2.1仿真要求...........................................................................214.2.2基于Lyapunov方法的simulink控制系统...................214.2.3基于反馈线性化的simulink控制系统........................274.2.4两种控制器设计方法的比较...........................................304.3本章小结.....................................................................................30第五章结论.......................