毕业设计-车辆编队控制与仿真研究 -

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： 07120214 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 毕业设计（论文）题目： 车辆编队控制与仿真研究

班级：0702

学生：

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

沈阳化工大学学士学位论文 摘要

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,反馈线性化,仿真，车辆编队

沈阳化工大学学士学位论文 Abstract

Abstract

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 of

Intelligent Transportation Systems (ITS). The goal of the FLASH lab is to provide small scale development and implementation of autonomous control strategies for today’s 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 kinematic controller. This control system is intended to automatically maintain the vehicle’s 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 driver 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 the

development 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

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