基于双率采样的智能车辆轨迹跟踪控制

摘要

智能交通系统是指将先进控制、计算机及通信技术应用于现有的公路系统中,来解决当今和未来的交通问题。自动化公路系统(Automated Highway System,简称AHS)是智能交通系统的一个重要研究领域。自动化公路系统将车辆运行的状态和周边环境的状态提供给计算机控制系统,由车载计算机和通信系统实现车辆自助驾驶.对于智能车辆,最主要的是路径跟踪问题。在现有的文献中,车辆的状态量测大多假设以相同的采样率进行采样。不同的状态变量需要用不同类型传感器进行测量,不同类型传感器的有效采样率范围一般是不同的。因而,以相同采样率进行采样的路径跟踪控制的研究存在明显的局限性,其中的局限性表现在:由于采用多个传感器的最小采样率进行采样,导致部分传感器的采样信息不能及时利用和可能造成控制器设计的保守性。因此,有必要研究车辆的多率控制问题。然而,基于多率采样的车辆控制仍未见报道。为此,本文考虑车载传感器的双率采样方案和基于双率采样的切换控制策略,结合实际路况(直道和弯道),研究车辆的轨迹跟踪的双率控制问题.
　　本文的主要研究工作如下:
　　第一章首先简要介绍了国内外研究现状,其次介绍本文主要的研究问题以及该工作的理论意义和应用价值。
　　第二章研究在直道上智能车辆的轨迹跟踪双率采样控制问题。考虑车辆在行驶过程中存在随机干扰,基于传感器采样周期的不同引入双率采样方案,建立状态补偿机制以小采样周期重构系统状态,设计基于双率采样的切换控制器。不同于将双率采样转化为单率采样的提升技术,选取状态补偿机制实现大采样率下不可量测的状态估计,设计与双率采样相关的切换控制器,该控制器能保证智能车辆抑制随机干扰沿着目标路径行驶。最后,在Matlab/Simulink环境下对汽车模型的路径跟踪控制进行仿真,说明本章所提出的基于双率采样的切换控制方案的合理性和有效性。
　　第三章研究在弯道上智能车辆的轨迹跟踪双率采样控制问题。考虑车辆在一般弯道处所受向心力的恒值干扰,针对车辆车道保持的转向控制,建立相对路面误差的侧向动力学模型。基于状态的双率采样信息,设计与采样时刻相关的切换控制器,利用时滞方法,将侧向动力学模型建模为由多个切换时滞子系统构成的多采样系统,并基于 LMI的方法,给出设计切换控制器的方法,证明所设计的控制器能够使智能车辆抑制弯道处向心力的恒值干扰,沿着车道中心线行驶。最后,在Matlab/Simulink环境下对汽车模型的路径跟踪控制进行仿真,说明本章分析结果是合理的,并演示了所给出的控制器的有效性。
　　第四章总结了本文的研究工作,进一步展望本文的后续研究工作。

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Contents

中文摘要

英文摘要

第一章 引言

1. 1问题提出及意义

1. 2 国内外的研究现状

1. 3 本文研究工作

1. 4 本文的组织

1. 5 符号说明

第二章 基于双率采样的直道轨迹跟踪控制

2. 1 车辆直道动力学模型

2. 2 问题描述

2. 3稳定性分析及控制器设计

2 .4主要结论

2 .5仿真实验

2 .6 本章小结

第三章 基于双率采样的弯道轨迹跟踪控制

3. 1 车辆侧向动力学模型

3. 2 问题描述

3. 3 稳定性分析

3. 4 基于采样的切换控制器设计

3. 5 仿真实验

3 .6 本章小结

第四章 工作总结与研究展望

4 .1 工作总结

4 .2 研究展望

参 考 文 献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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