汽车组队距离与速度偏差系统的仿真研究

《汽车组队距离与速度偏差系统的仿真研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、‘第24卷第1期Vo1．24No．12001年2月Feb．．2001汽车组队距离与速度偏差系统的仿真研究陈雪波。王熠玢TJo(1鞍山钢铁学院电子与信息工程学院，辽宁鞍山114002；2鞍钢职工大学计算机系、辽宁鞍山114001)Urn摘要a：研究汽车组队速度和距离偏差系统的前向行驶扰动的仿真问题．汽车组队速度与距离偏差系统的o线性随机模型可由具有重叠互联、两两汽车组成的子系统模型构成．利用系统包含原理的约束和集结条件，使系统的A重叠结构分解．根据系统分散次优LQG控制算法．对车组速度和距离偏差系统进行的仿真研究表明，鞍次优控制

2、在适当选择重叠结构分解的动态平衡因子和性能指标加权阵时，可代替系统的最优控制．山扑关键词：汽车组队；偏差系统；重叠结构；次优控制：仿真钢h中图分类号：TP13文献标识码：A文章编号：1000—1654(2001)01—0040—07铁U学高院速公路交通安全及自动化管理将是我国新世纪社会发展一定时期内的重要课题，具有可观的经济效益学J和1社会效益．根据具有中国特色的经济发展模式和趋势，在一定时期内，中国的经济发展使得汽臣S车进入百姓人家，汽车数量与日俱增将使得高速公路车满为患；现有高速公路上车辆类型划分与车辆速re度协调的矛C盾

3、，将成为主要矛盾．为了解决高速公路交通自动化管理和公路车容量优化问题，美国近年hn来已经开始这方面的研究．汽车组队行驶(Car—String)l1，2』是在现有高速公路的基础上，最大限度地提高o交通容量，g减少交通事故的研究课题．汽车组队速度和距离偏差系统⋯描述成两两汽车子系统具有重y叠互联结构的线性系统[，．利用系统包含原理[5]的约束和集结条件，对系统的重叠互联子系统解耦，从而可进行系统重叠结构分解意义下的分散控制设计．系统的分散控制设计，正是体现了车组中汽车自主行驶并协同车组运行的特性，使得车辆具备较强的应付突发事件和协

4、调的能力．在实际系统设计中，希望分散控制能够达到对系统集中最优控制的水平、适当选择重叠结构分解的动态平衡因子和系统控制性能指标加权阵，分散LQG控制设计，不仅将控制作为系统的次优控制，而且还考虑了实际系统中的随机干扰和测量噪声．本文首先对具有重叠结构的线性随机车组偏差系统模型进行重叠互联结构分解，分析系统分解后的结构误差和补偿；然后进行重叠结构意义下分散的LQG控制设计；最后讨论分散控制算法的仿真结果．1问题的描述汽车组队速度和距离偏差系统，假设有N辆性能相同或相似且同向行驶的汽车顺序排列组队，相对一定距离行驶．其中每辆汽车的

5、运行状况都可用两个基本状态来描述；速度和位置(或车距)[13．一般情况下，系统的运动方程可以根据每辆汽车的速度变化量和相邻两辆汽车的距离变化量来描述；每辆汽车在正常行驶下施加的前向驱动力矩变化量(包括驾驶员的人为因素，但不包括偏离前进方向的因素)可表示它的独立输入量．由汽车运动过程的物理关系可知，汽车组队偏差系统有如下关系[，。]△一△+△1，2，⋯，N(1)Ad+1Avi—Avi+1．收稿日期：2001—01—15．基金项目：辽宁省教委科研基金项目(991221567)作者简介：陈雪波(1960一)，男，福建莆田人，教授★第

6、1期陈雪波．等：汽车组队距离与速度偏差系统的仿真研究·41·对于速度、距离和输入变化量Av，△+l和△“可简写成，d¨+l和“，考虑和d+l是可测量的，则系统的线性随机状态空间模型可以描述为[]Sx=AX+Bll+F考(2)Y=Cx+t，3，⋯，dN-lIN，)T其中，X：(l，d1,2，2，d2，，是第i辆汽车的速度变化量，d¨+l第i和第i+1辆汽车之间距离的变化量；U=(U1，U2，⋯，“N)T，U表示第辆汽车前向行驶驱动力矩的变化量；Y是系统000—00状态的测量或输出；{和t，分别是与输入H和输出Y同维白噪声随机向量

7、，与初始状态X0相互独立．考虑相邻两辆汽车为一子系统，汽车组队速度和0距1离—偏1-差—系统0是一个具有重叠互联结构的系统．每个重叠互联子系统，是对每对相邻汽车同向行驶状况0的0描—述0．因0为0假设系统中的汽车具有相同或相似的性能，故子系统中两辆汽车的前向行驶驱动力矩变化应相同或相似，即应有相同或相似控制规律．实际0^00～0一一上，系统的重叠变量为车速的变化量"Ui，i=2，3，⋯，N一1．首车(第一辆汽车)可看作是一个独立的子l0—系统，虽然它包含在第一个子系统之中，但它是其它N一1辆汽车顺序随动行驶的参照．以N=3为例

8、，系统由汽车1，2和2，3两个顺序子系统重叠构成．系统(2)中，当N=3时的A，B，F和C阵分别为00一110；0100；1●●●●●●100；0010A0B=F=0-1：0C=00；1-●●●00i0000：00O0100。0虚线表示子系统及其之间的重叠部分．2解耦与控制的