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文档简介
智能交通系统概论第9章
无人驾驶车辆跟驰控制系统1.引言2.国内外发展现状3.跟驰控制系统建模4.速度反馈控制策略5.比例微分控制策略6.混合补偿控制策略7.串联补偿控制策略8.挑战与展望第1节
引言
单个车辆在交通系统中不是孤立的，它在运行期间必然与其周围事物，比如其它车辆、道路、信号灯、交通设施等发生交互作用，这种交互产生的作用力有规律地施加于运动车辆，就是一种控制作用。在同一条车道上运行的车辆之间产生交互作用，就会形成跟驰控制系统，它是由至少两辆车组成的微观交通流运行系统，跟随车与前导车之间的车头距是关键的控制参数，系统通过反馈控制作用使车头距保持在安全距离上，从而确保交通流安全高效运行。第2节
国内外发展现状
车辆跟驰理论最初是由Pipes提出来的，他用一个加速度方程来描述道路上一辆车跟随另一辆车的运动行为，只包含一个微分方程，从力学观点讲，它是一个质点系动力学系统。它假设车队中的每辆车须与前车保持一定的距离以免碰撞，后车加速和减速都取决于前车，建立前车与后车的相互关系，这样，每辆车的运动通过一个微分方程来描述，通过求解方程可以确定车流的演化过程。车辆跟驰模型的快速发展开始于1995年Bando教授提出的最优速度模型，该模型避免了经典模型中加速度是由前后两车的速度差确定带来的问题，提出车辆跟随过程中的加速度是由最优速度和当前车的速度差来确定，且最优速度是两车之间车头距的函数。第2节
国内外发展现状
在最优速度模型模型之后，模型不断改进，先后提出广义力模型，全速度差模型，广义最优速度模型，全广义最优速度模型，混合最优速度模型等。跟驰系统控制理论是由山东大学朱文兴教授团队率先提出，他将经典控制理论方法、现代控制理论方法以及离散控制理论方法先后应用到交通流建模与稳定性分析中，发表了一系列的科研论文，最终形成了一套交通流跟驰控制理论体系。第3节
跟驰控制系统建模
1.控制模型第3节
跟驰控制系统建模
忽略泰勒展开式中二阶及二阶以上的项，可以得到
将上式带入最优速度模型中，可以得到
第3节
跟驰控制系统建模
将上式进行拉普拉斯变换，可以得到
第3节
跟驰控制系统建模
根据单位反馈控制系统的原理，系统的结构框图如下，
第3节
跟驰控制系统建模2.稳定性分析
第3节
跟驰控制系统建模
从上式可以得到，
综上所述，得到交通流系统的稳定性条件，
第3节
跟驰控制系统建模3.时域和频域分析
第4节
速度反馈控制策略
1.速度反馈模型
第4节
速度反馈控制策略
2.稳定性分析
第4节
速度反馈控制策略
从上式可以得到，
综上所述，得到系统稳定性条件，
第4节
速度反馈控制策略
3.时域和频域分析
第4节
速度反馈控制策略
第4节
速度反馈控制策略
4.仿真分析
第4节
速度反馈控制策略
仿真结果上图所示，其中左图表示在19000秒时车头时距密度波的时空变换情况，右图表示在19000秒时速度密度波的时空变换情况。从图中可以看出，随着反馈系数的不断增大，密度波的振幅不断减小，说明交通流越稳定。仿真结果与稳定性分析结果一致。第5节
比例微分控制策略1.比例微分模型
第5节
比例微分控制策略2.稳定性分析
第5节
比例微分控制策略
从上式可以得到，
综上所述，得到系统稳定性条件，
第5节
比例微分控制策略3.时域和频域分析
第5节
比例微分控制策略
第5节
比例微分控制策略4.仿真分析
第5节
比例微分控制策略
仿真结果上图所示，左图表示在19000秒时车头时距密度波的时空变换情况，右图表示在19000秒时速度密度波的时空变换情况，从图中可以看出，随着比例微分系数的不断增大，密度波的振幅不断减小，说明交通流越稳定，仿真结果与稳定性分析结果一致。第6节
混合补偿控制策略1.混合补偿模型
第6节
混合补偿控制策略2.稳定性分析
第6节
混合补偿控制策略
从上式可以得到，
综上所述，得到系统稳定性条件，
第6节
混合补偿控制策略
3.时域和频域分析
第6节
混合补偿控制策略
第6节
混合补偿控制策略4.仿真分析
第6节
混合补偿控制策略仿真一
第6节
混合补偿控制策略仿真1.1
第6节
混合补偿控制策略
第6节
混合补偿控制策略仿真1.2
第6节
混合补偿控制策略仿真1.3
第6节
混合补偿控制策略仿真二
第6节
混合补偿控制策略仿真2.1
第6节
混合补偿控制策略仿真2.2
第6节
混合补偿控制策略仿真2.3
第7节
串联补偿控制策略1.串联校正设计
第7节
串联补偿控制策略2.时域和频域分析频域分析
第7节
串联补偿控制策略
第7节
串联补偿控制策略时域分析
第7节
串联补偿控制策略
第7节
串联补偿控制策略
第7节
串联补偿控制策略3.周期边界条件仿真分析
第7节
串联补偿控制策略
第7节
串联补偿控制策略
第7节
串联补偿控制策略
第7节
串联补偿控制策略4.开放边界条件仿真分析
第7节
串联补偿控制策略
第8节
挑战与展望
现今，汽车保有量日益增长导致城市不堪重负，交通拥堵频发，人们出行效率明显降低，车辆能源燃料消耗及尾气排放量明显增加，不仅影响了居民的生活质量，而且对环境造成了巨大的污染和破坏。近年来，自动驾驶技术逐渐成熟，众所周知，自动驾驶汽车能够自动感知周围环境，无需人工干预或只需要部分干预实现自主驾驶。研究表明，如果在先进自动驾驶技术支撑下，车辆以相同的速度和预先设定好的车辆安全间距自主行成队列行驶，能够显著提升交通安全和运行效率，缓解交通拥堵，减少能源消耗和尾气排放等，进而大大提升交通安全和出行效率，改善生活环境。因此，在实际的交通系统中，自动驾驶汽车的跟驰控制系统将成为智能交通系统的热点之一。第8节
挑战与展望
然而，自动驾驶汽车跟驰控制系统的发展也有许多挑战，例如领头车运动状态对系统运行的影响，队列系统在外部和内部干扰影响下的运行问题，车载通信的延迟和丢包问题等，这需要科研人员和工程师开发更加先进的控制器和执行器等，提升系统运行的鲁棒性，使跟驰控制系统能早日大规模落地，真正为提升人们生活质量发挥作用。本章总结1.对跟驰控制模型进行了全面的数学分析，运用泰勒方程对其进行处理，将跟驰模型改写成标准二阶微分方程的形式，进一步运用拉普拉斯变换的方式，得到了跟驰系统的传递函数，并得到其基本
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