環(huán)形編隊是多智能體系統(tǒng)編隊控制中的研究熱點之一,對于諸多自然現(xiàn)象的解釋以及實際場景應(yīng)用均具有一定的指導(dǎo)意義。實現(xiàn)多車環(huán)形編隊是對復(fù)雜非線性多智能體控制系統(tǒng)的深入研究,對城市環(huán)島路況下的車輛自動駕駛等實際問題也均有一定應(yīng)用價值。因此,本文針對車輛運(yùn)動學(xué)模型和部件級動力學(xué)模型,對多車環(huán)形編隊控制問題展開研究,主要有以下幾個方面:首先回顧了已有的車輛運(yùn)動學(xué)模型和車輛動力學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上搭建了物理約束更為復(fù)雜、與實際運(yùn)動特性更接近實際車輛的部件級車輛動力學(xué)模型。其次,由于以往的諸多環(huán)形編隊控制的研究更注重于多車系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析,而對于控制對象的運(yùn)動軌跡沒有太多約束。跟蹤這樣的軌跡會造成車輛行駛的高耗能和低效率,甚至由于物理約束而無法實現(xiàn)目標(biāo)軌跡的跟蹤。因而本文根據(jù)車輛運(yùn)動學(xué)模型的特性設(shè)計了更為合理的目標(biāo)軌跡,并在傳感器感知范圍受限的前提下,基于局部信息設(shè)計了一種解耦的車輛前輪轉(zhuǎn)向角控制器和車輛縱向速度控制器,實現(xiàn)了多車環(huán)形編隊控制。在上述環(huán)形編隊控制算法的基礎(chǔ)上,根據(jù)部件級車輛動力學(xué)模型的特點對算法和控制器進(jìn)行擴(kuò)展,設(shè)計了一種車輛的縱向速度控制器和車輛行駛軌跡曲率控制器完成基于部件級車輛動力學(xué)模型的多車環(huán)形編隊控制。最后,考慮多個車輛行駛在城市環(huán)島公路上的場景,利用Prescan提供的道路標(biāo)記傳感器設(shè)計了車道保持控制器,提升了車輛軌跡跟蹤控制的精度并實現(xiàn)了多車環(huán)形編隊控制。對于以上三種情形之下的控制器以及算法,在對應(yīng)章節(jié)均通過Simulink進(jìn)行了仿真實驗驗證,并通過Prescan對針對城市環(huán)島公路場景進(jìn)行了建模,從而能夠直觀地展示控制器和算法的有效性。以往環(huán)形編隊控制研究的控制對象往往都比較簡單(通常為質(zhì)點模型或獨輪車模型),而本文從車輛運(yùn)動學(xué)模型出發(fā)逐步擴(kuò)展到部件級車輛動力學(xué)模型,補(bǔ)充了對于復(fù)雜非線性控制對象的多智能體系統(tǒng)環(huán)形編隊控制的研究。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U463.6;U495
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 環(huán)形編隊控制研究現(xiàn)狀
        1.2.2 多車協(xié)同控制研究現(xiàn)狀
    1.3 論文主要研究內(nèi)容及安排
2 車輛運(yùn)動學(xué)模型及部件級車輛動力學(xué)建模
    2.1 車輛運(yùn)動學(xué)模型
    2.2 車輛動力學(xué)模型
    2.3 基于Simulink的部件級車輛動力學(xué)建模
        2.3.1 車輛性能參數(shù)
        2.3.2 發(fā)動機(jī)建模
        2.3.3 自動換檔控制器建模
        2.3.4 車輛傳動機(jī)構(gòu)建模
        2.3.5 車輛前、后車輪建模
        2.3.6 車輛縱向運(yùn)動建模
        2.3.7 車輛橫向運(yùn)動建模
        2.3.8 車輛底盤建模
    2.4 本章小結(jié)
3 基于車輛運(yùn)動學(xué)模型的多車環(huán)形編隊控制
    3.1 多車環(huán)形編隊控制問題描述
    3.2 環(huán)形編隊控制的軌跡規(guī)劃
        3.2.1 車輛行駛軌跡預(yù)測方法
        3.2.2 車輛行駛軌跡控制器設(shè)計
        3.2.3 車輛環(huán)形編隊中車輛行駛軌跡規(guī)劃
    3.3 單車環(huán)形編隊環(huán)繞靜止目標(biāo)運(yùn)動控制算法設(shè)計
    3.4 多車環(huán)形編隊環(huán)繞靜止目標(biāo)運(yùn)動控制算法設(shè)計
    3.5 仿真平臺搭建
        3.5.1 軟件仿真平臺整體結(jié)構(gòu)
        3.5.2 數(shù)據(jù)初始化模塊
        3.5.3 多車控制系統(tǒng)模塊
        3.5.4 多車通信控制器模塊
        3.5.5 3D動畫仿真演示模塊
    3.6 仿真實驗結(jié)果
    3.7 本章小結(jié)
4 基于車輛動力學(xué)模型的多車環(huán)形編隊控制
    4.1 AIR傳感器
    4.2 多車環(huán)形編隊控制器設(shè)計
        4.2.1 車輛縱向速度控制器
        4.2.2 車輛行駛軌跡曲率控制器
        4.2.3 基于部件級車輛動力學(xué)模型的多車環(huán)形編隊控制器
    4.3 仿真平臺搭建
    4.4 仿真實驗結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
5 城市公路環(huán)島場景下的多車環(huán)形編隊控制
    5.1 道路標(biāo)記識別傳感器
    5.2 基于道路標(biāo)記傳感器的車道保持控制器
    5.3 基于道路標(biāo)記傳感器的環(huán)島行駛控制器
        5.3.1 道路標(biāo)記編號與定義
        5.3.2 環(huán)島路況的車道保持以及車輛進(jìn)入、離開環(huán)島控制方法設(shè)計
    5.4 基于Prescan的城市公路環(huán)島場景下的多車環(huán)形編隊控制器
    5.5 仿真平臺搭建
    5.6 仿真實驗結(jié)果
    5.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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