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1、 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： 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
2、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
3、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
4、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
5、,反馈线性化,仿真，车辆编队沈阳化工大学学士学位论文 AbstractAbstract The Flexible Low-cost Automated Scaled Highway (FLASH) laboratory at the Virginia Tech Transportation Institute (VTTI) is one of many facilities dedicated to the field ofIntelligent Transportation Systems (ITS). The goal of the FLASH lab is to provide smal
6、l scale development and implementation of autonomous control strategies for todays vehicles. The current controller used on the scale vehicles is based solely on the kinematics of the system. This body of work was aimed to develop a dynamic control law to enhance the performance of the existing kine
7、matic controller. This control system is intended to automatically maintain the vehicles alignment on the road as well as keep the speed of the vehicle constant. Implementation of such systems could conceivably reduce driver fatigue by removing nearly all the burden of the driving process from the d
8、river while on the highway. System dynamics of car-like robots with nonholonomic constraints were employed in this research to create a controller for an autonomous path following vehicle. The application of working kinematic and dynamic models describing car-like robotic systems allowed thedevelopm
9、ent of a nonlinear controller. Simulations of the vehicle and controller were done using MATLAB. Comparisons of the kinematic controller and the dynamic controller presented here were also done. In order to make the simulations model the actual system more closely, measures were taken toapproximate
10、actual sensor reading.Key word: vehicle longitudinal movement，leader-follower, Lyapunov function based approach ， Feedback linearization，simulation，vehicle platoo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
11、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82.2 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183.4本章小结19第四章 系统仿真204.1 simulink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
12、章小结30第五章 结 论31 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪 论1.1 研究目的及意义1.1.1 研究背景 近年来，对于车辆的编队控制问题越来越受到人们的关注。这主要是因为随着世界范围的经济和科技的发展，车辆不断增多，公路系统车流量也急剧增加，伴随着例如交通拥挤、交通事故、环境污染等不利现象的出现，造成严重的人身伤亡及经济损失。另外，在某些特殊领域，如在可见度低，地形复杂等恶劣行驶环境下，经常会出现自主车辆组成的车队以各种指定队形方式，通过互相协作完成探查、巡逻、援救等任务的情况，因此对于自主车辆的队形控制问题研究也成为研究的重点课题。在我国，人口密度大，车辆拥有量也相对庞大
13、，然而我国的公路建设相对发达国家有很大差距，在车辆控制方面也相对落后。因此交通拥塞、环境污染的现象在我国更加严重。由于地理位置、气候影响，我国的部分地区经常出现阴雨、大雾、降雪等天气，这些恶劣的气候因素，也对车辆行驶造成不利影响，减低了车辆行驶的安全性，导致相关的交通事故频繁发生，寻求各种解决交通问题的方法也就格外迫切。1.1.2 研究意义 就目前的情况来看，解决交通问题切实可行的办法是如何提高现有的道路交通容量和效率。例如使用先进的科学技术来提高车辆性能;利用自动化技术消除驾驶员反应延时和判断不准确等人为因素带来的干扰;采用更有效的交通管理办法对车辆合理调度等，这些方法不仅能够提高道路交通流量，同时可减轻交通阻塞、交通事故等不利现象的发生。其中对车辆进行编队控制就是一种有效的车辆调度方法。其目的是提高陆路交通的安全性、提高道路的通行能力、节约能源、减轻驾驶员的劳动强度、提高其舒适度等。综上所述，车辆的编队控制的研究在提高交通安全性和道路通行能力方面、军事和
