智能小车跟随行驶系统的鲁棒控制设计与实现

摘要

随着汽车数量的逐渐增加，道路交通密度增大，车辆跟随现象越来越普遍。在车辆跟随行驶过程中，在状态感知、信息传输及分析处理等不同阶段均存在大量的不确定性，对车辆跟随行驶系统控制的安全性和可靠性提出了挑战。智能小车平台为在确保安全的前提下探索车辆跟随行驶系统的控制问题提供了条件。
　　目前，对于智能小车车辆跟随控制的研究，大多仅考虑了系统时滞对系统的影响，未涉及系统未建模动态的影响。为了研究控制系统对未建模动态的容忍性，论文以智能小车平台为对象，重点针对具有时滞因素和未建模动态的影响，研究车辆跟随行驶系统的鲁棒控制方法。主要工作包括：
　　①分析了系统中无线网络通信中信息传输的特点，采用一种估计信息传输时延的方法。采用信息传输过程中的往返时延来描述无线网络信息传输的时延，减小了信息传输过程中数据丢包、排队时延、时钟不同步等因素的干扰，并且采用该方法测量了智能小车实验平台中的无线网络信息传输时延，为后续的工作奠定了基础。
　　②针对广角镜头图像畸变产生定位误差带来的位置检测不确定性，重点考虑两种原有方法无法完全表征广角镜头的图像畸变的问题，融合现有同心圆模板法和等效球面法的优点，通过最优加权法确定各个模型的权重系数，建立了一个最优加权融合图像畸变校正模型。实验结果表明，该方法比原有两种方法有更好的校正效果。
　　③针对智能小车车辆跟随系统中存在的信息传输时延和智能小车的定位误差，给出了一种基于线性矩阵不等式（LMI）的鲁棒镇定控制器设计。智能小车的车辆跟随控制系统中网络延时和摄像头定位误差严重影响了车辆跟随系统的稳定性，在时滞系统鲁棒镇定控制律设计的基础上，提出了使车辆跟随系统鲁棒镇定的控制律的设计方法，使得系统对于其中的时滞因素和不确定性定位误差都是渐进稳定的，并且同时考虑系统时滞因素和不确定性定位误差因素比仅考虑时滞因素设计的控制律具有更好的控制效果。
　　综合运用上述方法，针对智能小车车辆跟随系统中存在的时延因素和未建模动态，开发了一个车辆跟随行驶系统。实际应用表明，该系统实现了渐进稳定的车辆行驶跟随控制，为车辆跟随行驶系统的安全和可靠控制提供了依据。

目录

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目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的提出及研究意义

1.4 论文研究内容及章节安排

2 智能小车实验平台

2.1 智能小车实验平台概述

2.2 智能小车的定位方法

2.3 智能小车实验平台的网络通信

2.4 本章小结

3 智能小车实验平台的无线网络时迟分析

3.1 无线网络的特点

3.2 无线网络时延分析

3.3 无线网络时延估算模型

3.4 实验分析

3.5 本章小结

4 智能小车实验平台的定位误差分析

4.1 广角镜头图像畸变原理分析

4.2 广角镜头图像畸变校正算法研究

4.3 最优加权融合校正模型

4.4 本章小结

5 面向车距不确定性的车辆跟随控制的鲁棒镇定设计

5.1 问题的提出

5.2 鲁棒控制数学基础

5.3 建立车辆跟随控制系统模型

5.4 系统的鲁棒控制器设计

5.5 实验仿真

5.6 本章小结

6 系统的设计与实现

6.1 车辆跟随系统的整体架构设计

6.2 实验结果分析

6.3 本章小结

7 总结与展望

7.1 本文工作总结

7.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录