多智能小车的网络化跟随控制设计与平台实现
由于汽车保有量的不断攀升，道路交通堵塞的情况越发严重，车辆跟随控制能有效改善道路的通行能力并提升车辆运行的安全性。近年来，随着网络通讯技术的飞跃发展，车载自组织网络技术渐渐成为车辆间信息交互的有效途径。同时，车辆间车载网络的使用引入复杂的网络动态约束，如时延和丢包等，这些网络诱导约束会影响甚至破坏系统性能。目前，车辆间网络的主要功能是车辆速度、位置、路况等信息的载体，旨在通过网络化运营监测和实时调度，减少交通堵塞和交通事故的发生。然而，有关基于车载自组织网络的车辆跟随控制研究较少。一方面，很难构建和模拟车辆间的无线通信环境，特别是车辆控制系统和通讯协议的软硬件设计。另一方面，考虑复杂网络诱导约束下控制算法的设计及其实验平台实现也具有一定的挑战。针对上述难题，本文研究内容包括： (1)研发一套智能小车硬件系统，该系统集红外漫射传感器模块、加速度传感器模块、光电传感器模块和超声波传感器模块等多传感器于一体，实现车辆相关信息的采集功能。同时，选择安全性高、成本低的ZigBee作为智能小车间通讯协议。详细分析ZigBee网络的建立过程和Z-Stack协议栈的移植机制，建立基于Z-Stack协议栈的网络平台。 (2)分析以直流电机驱动智能小车的运动机理，建立单个智能小车的连续时间状态空间模型。考虑网络通讯过程中时延和丢包等约束，提出基于零阶保持器的工作机制，将其转化为分布式时延问题，构建离散化的多智能小车网络化跟随控制系统模型。采用Layapunov理论获得保证系统渐近稳定性的条件，进一步利用LMI方法获得控制器的参数。有效解决智能小车在复杂网络诱导约束下跟随问题。仿真结果验证算法的可行性。 (3)将设计的多智能小车网络化跟随控制算法在IAR开发环境中程序化，并嵌入跟随智能小车中。在PC端连接一个具有协调器功能的ZigBee设备，用来启动网络和获得所有小车的状态信息。通过串口调试工具，在PC端可以观察所有小车的运行状态。实验表明，领队小车在匀速和变速运动过程中，跟随小车在保持车间距和速度跟踪都达到了很好的效果，从而验证了算法的有效性和实用性。 最后，总结本文的研究工作，并基于当前的工作展望了未来的研究方向。
多智能小车;网络化跟随控制;无线通信;运营监测
山西大学
硕士
控制工程
张大伟
2019
中文
TP13;U495
2020-01-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）