本文關(guān)鍵詞：用于互聯(lián)車(chē)輛的基于模型預(yù)測(cè)控制的縱向控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

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【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,汽車(chē)保有量持續(xù)攀升,越來(lái)越多的人將駕車(chē)作為首選的出行方式。然而隨之而來(lái)的,卻是逐年上升的交通事故率,而其中人為因素造成的交通事故量不容忽視,因此除了培養(yǎng)駕駛習(xí)慣和安全意識(shí)等手段,人們已經(jīng)開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向了更加安全、高效和便捷的無(wú)人駕駛。目前,駕駛輔助功能已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用在乘用車(chē)上,例如自動(dòng)巡航系統(tǒng)、車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)測(cè)功能等等。但是,由于車(chē)輛互聯(lián)技術(shù)的不成熟,目前距離實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人駕駛還有相當(dāng)一段差距,因此車(chē)輛互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展顯得至關(guān)重要。本文主要基于車(chē)輛互聯(lián)的概念,以具備車(chē)車(chē)通信功能的車(chē)輛為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)用于車(chē)輛自動(dòng)跟隨的控制系統(tǒng),控制方法為模型預(yù)測(cè)控制,其控制系統(tǒng)可以很好地維持前后車(chē)輛之間的相對(duì)動(dòng)態(tài)關(guān)系。相較于傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制,本設(shè)計(jì)使用拉蓋爾多項(xiàng)式對(duì)傳統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制進(jìn)行參數(shù)化,從而通過(guò)調(diào)節(jié)拉蓋爾多項(xiàng)式的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)表現(xiàn)的調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)的控制器在美國(guó)高速公路管理局提供的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了這種控制方法的可行性。首先描述了車(chē)輛自動(dòng)跟隨系統(tǒng)中前車(chē)與后車(chē)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,在自動(dòng)跟隨系統(tǒng)中,后車(chē)的主要目的就是以特定的安全距離和相同的速度跟隨前車(chē)�；谧詣�(dòng)跟隨模型,結(jié)合增量模型的基本原理,得到用于模型預(yù)測(cè)控制的增量模型,在增量模型中始終有一個(gè)積分器,從而保證消除狀態(tài)誤差。在得到了增量模型的前提下,介紹了模型預(yù)測(cè)的基本原理,相較于傳統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制,引入了拉蓋爾多項(xiàng)式來(lái)描述控制變量,不同的拉蓋爾參數(shù)對(duì)系統(tǒng)階躍反應(yīng)的近似效果不同,通過(guò)比較這些近似效果,得到了最佳的參數(shù)組合。由于拉蓋爾多項(xiàng)式的正交性和指數(shù)衰減特性,使得最優(yōu)解的求解過(guò)程更加簡(jiǎn)單,并且可以通過(guò)選擇不同的拉蓋爾參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的表現(xiàn)。在確定了拉蓋爾多項(xiàng)式的參數(shù)和相關(guān)權(quán)重矩陣參數(shù)后,控制系統(tǒng)在Matlab中進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制器設(shè)計(jì)的可行性。最后,該設(shè)計(jì)的控制器在美國(guó)高速公路管理局的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上得到了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括定位系統(tǒng)PinPoint,通信系統(tǒng)DSRC(專(zhuān)用短距離通信技術(shù)),TORC速度控制器和MicroAutobox。PinPoint主要負(fù)責(zé)提供車(chē)輛的位置信息和速度信息,DSRC負(fù)責(zé)車(chē)輛之間的相互通信,TORC作為下層控制器,主要用于實(shí)現(xiàn)上層控制器得到的理想速度,MicroAutobox主要用于負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)運(yùn)行整個(gè)控制系統(tǒng)。在一些程序的輔助下,將各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)融合,使得車(chē)輛可以成功地進(jìn)行數(shù)據(jù)分享。同時(shí),該設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在MicroAutobox中得以實(shí)時(shí)運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在控制器的作用下,后車(chē)可以以設(shè)定的安全距離跟隨前車(chē),并保持相同的速度。于此同時(shí),也通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)表現(xiàn)的不足之處,并提出了改進(jìn)的方法。仿真結(jié)果表明,這些改進(jìn)方法可以在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)中改善系統(tǒng)的整體表現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：互聯(lián)車(chē)輛 拉蓋爾多項(xiàng)式 車(chē)車(chē)通信 自動(dòng)跟隨 專(zhuān)用短距離通信技術(shù) 模型預(yù)測(cè)控制 MicroAutobox
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U463.6
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-18
• 1.1 研究的目的和意義10-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第二章 車(chē)輛跟隨模型18-22
• 2.1 問(wèn)題描述18
• 2.2 系統(tǒng)建模18-21
• 2.2.1 用于模型預(yù)測(cè)控制的增強(qiáng)模型18-20
• 2.2.2 車(chē)輛跟隨模型20-21
• 2.3 結(jié)論21-22
• 第三章 基于模型預(yù)測(cè)控制的控制器設(shè)計(jì)22-36
• 3.1 模型預(yù)測(cè)控制的基本原理22-24
• 3.2 基于拉蓋爾多項(xiàng)式的最優(yōu)化解24-30
• 3.2.1 離散的拉蓋爾多項(xiàng)式24-27
• 3.2.2 成本函數(shù)的最小化27-30
• 3.3 約束30-32
• 3.3.1 TORC速度控制器的測(cè)試30-32
• 3.4 基于拉蓋爾多項(xiàng)式參數(shù)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)32-34
• 3.5 結(jié)論34-36
• 第四章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證36-52
• 4.1 簡(jiǎn)介36
• 4.2 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)36-37
• 4.3 硬件介紹37-41
• 4.3.1 PinPoint37-39
• 4.3.2 DSRC39-40
• 4.3.3 MicroAutobox Ⅱ40-41
• 4.3.4 TORC Speed Controller41
• 4.4 軟件設(shè)置41-42
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果42-45
• 4.6 數(shù)據(jù)分析45-51
• 4.6.1 前車(chē)加速度數(shù)據(jù)的缺失46
• 4.6.2 控制變量變化率的約束46-51
• 4.7 結(jié)論51-52
• 第五章 結(jié)論和展望52-54
• 5.1 結(jié)論52-53
• 5.2 后續(xù)研究和展望53-54
• 參考文獻(xiàn)54-59
• 致謝59-60
• 研究生期間研究成果與獎(jiǎng)勵(lì)60

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