何德峰,罗捷,李永福 | 通信拓扑切换下车辆队列分布式多目标预测控制
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2024-08-26 12:00
北京
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何德峰，罗捷，李永福. 通信拓扑切换下车辆队列分布式多目标预测控制. 中国科学：信息科学, 2024, doi: 10.1360/SSI-2024-0027
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高速行驶过程中，车辆驶入和驶出车队的行为经常发生，此时车辆队列系统的通信拓扑会频繁更新。从网络化控制系统的角度来看，通信拓扑高频切换会放大通信延时、丢包、中断等恶劣通信条件对车辆队列控制产生的不利影响。除了稳定性与弦稳定性控制目标，车辆队列控制还需要综合考虑队列行驶的安全性与经济性目标，故车辆编队控制问题可视为一种多目标控制问题。为解决上述问题，本文利用邻居车辆状态信息以及与时间相关的图函数构造队列系统控制目标函数，再使用字典序优化描述分布式多目标预测控制问题。然后，采用平均终端等式约束保证各车预测终端状态的收敛性。进一步结合权值矩阵充分条件和兼容性约束，利用切换系统公共Lyapunov稳定性技术保证车辆队列闭环系统的稳定性。同时，为了抑制前车状态误差波动沿着队列传播，使用一类状态误差最大值约束保证车辆队列的弦稳定性。![]()
(1) 利用平均终端等式约束建立保证车辆队列字典序MPC 的递推可行性与稳定性充分条件。(2) 为通信拓扑切换下车辆队列多目标控制问题提出一种新颖的解决方案。 (3) 实现车辆编队多目标冲突消解的同时保证了通信拓扑切换下车辆队列的弦稳定性。![]()
通过对五车队列系统的速度阶跃变化、速度正弦变化工况进行对比仿真实验，验证了通信拓扑切换会引起队列闭环系统跟踪性能与经济性能的恶化。同时，较传统的通信拓扑切换下分布式MPC 算法，所提出的分布式多目标MPC 策略能够实现6:79%的经济性能提升。![]()
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