【正文】 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：12—23.[19]馬幼捷，周雪松東北：東北大學(xué)出版社，1999:1—8.[17]袁德成，王玉德北京:清華大學(xué)出版社, 2006：345—379.[15]米奇克[M]西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 2002：120—134.[14]黃永安,馬路,劉慧敏北京:電子工業(yè)出版社, 2002：29—54.[12]薛定宇SIMULINK中自定義模塊的創(chuàng)建與封裝[J]最后愿金老師身體健康、合家歡樂(lè)，有一個(gè)健康可愛(ài)的小寶寶。在本論文設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了很多東西，現(xiàn)在已能熟練掌握Matlab并能用Simulink搭建控制系統(tǒng)。致 謝本論文的研究和寫(xiě)作是在金輝老師的悉心指導(dǎo)下完成的。雖然本論文對(duì)自主車隊(duì)的隊(duì)形控制問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究，并且得到了較好的控制效果，但本文在研究中也存在著幾點(diǎn)欠缺之處:（1）本文中對(duì)車輛建立的運(yùn)動(dòng)模型，沒(méi)有考慮車輛的牽引力及所受摩擦力等動(dòng)力學(xué)因素對(duì)車隊(duì)運(yùn)動(dòng)造成的影響，在車輛的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中這些影響因素是不可避免的，因此繼續(xù)從動(dòng)力學(xué)角度研究車隊(duì)的隊(duì)形控制問(wèn)題具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。（2）針對(duì)本文所建立的領(lǐng)航者跟隨者車隊(duì)模型，采用了Lyapunov控制算法和反饋線性化方法設(shè)計(jì)了跟隨車輛的速度跟蹤控制器，保證跟隨車輛能夠與領(lǐng)隊(duì)車輛保持期望的相對(duì)距離和期望的相對(duì)角度，仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)的控制器對(duì)車隊(duì)隊(duì)形的保持和誤差校正有較好的控制效果，且通過(guò)仿真很好的驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制器控制效果。此外，對(duì)本文建立的仿真系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 兩種控制器設(shè)計(jì)方法的比較 根據(jù)上面的仿真和結(jié)果曲線圖，很明顯的看出通過(guò)Lyapunov方法所設(shè)計(jì)的控制器對(duì)跟隨車輛速度的控制效果要比反饋線性化方法設(shè)計(jì)的控制器控制效果更好，穩(wěn)定性更好，抗干擾能力更強(qiáng)，具有很好的魯棒性，能對(duì)車輛進(jìn)行效率更高的編隊(duì)，從而達(dá)到控制整個(gè)車隊(duì)的效果。而領(lǐng)隊(duì)車輛橫向速度剛開(kāi)始從0m/s以2 m/s2的加速度行駛，加速到20秒后保持當(dāng)前速度5秒，最后以8 m/s2的加速度減速行駛，直到最終速度為0m/s?？梢?jiàn)基于Lyapunov所設(shè)計(jì)的控制器效果非常好。設(shè)定領(lǐng)隊(duì)車輛先以2m/s2 ，加速5s后，保持10m/s的線速度行駛，經(jīng)5s減速后，減速到0rad/s2，并保持此狀態(tài)行駛，根據(jù)車輛模型角速度與橫向速度的關(guān)系，且以0m/s的橫向速度行駛。本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的要求如下所示：（1）領(lǐng)隊(duì)車輛橫向速度變化曲線和縱向速度變化曲自行設(shè)定；（2）給定領(lǐng)隊(duì)車輛初始位置坐標(biāo)，跟隨車輛初始位置坐標(biāo)；得出初始時(shí)刻跟隨車輛相對(duì)距離和相對(duì)角度誤差為；（3）設(shè)置期望距離和期望角度；（4）仿真得出跟隨車輛縱向速度曲線和跟隨車輛橫向速度曲線，以及跟隨車輛與領(lǐng)隊(duì)車輛相對(duì)距離誤差曲線和相對(duì)角度誤差曲線；在此設(shè)定車輛的軸長(zhǎng)為2d=4m，則d=2m，由于本文所選取的期望距離 為跟隨車輛與領(lǐng)隊(duì)車輛中心點(diǎn)之間距離，因此在設(shè)定跟隨車輛與領(lǐng)隊(duì)車輛之間的期望距離時(shí)，應(yīng)考慮與車軸距之間的關(guān)系。它提供了擴(kuò)展Simulink功能的有力工具,并且嵌入式MATLAB函數(shù)模塊具有能夠繼承Simulink的輸入輸出信號(hào)和可以取代仿真模塊簡(jiǎn)化仿真的優(yōu)點(diǎn),用戶可以建立一個(gè)能和Simulink模塊庫(kù)中的模塊一起使用的新模塊,不斷擴(kuò)充Simulink的仿真功能 [14]。 Simulink中包含了大量的模塊,可以方便地進(jìn)行仿真,但對(duì)于比較復(fù)雜的控制規(guī)律或算法,利用現(xiàn)有的模塊庫(kù)進(jìn)行建模會(huì)比較困難,這時(shí)可引入具有自定義功能的函數(shù)[1013]。第四章 系統(tǒng)仿真 simulink簡(jiǎn)介Simulink是MATLAB中用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成環(huán)境。反饋線性化已成為非線性控制系統(tǒng)研究的重要途徑并得到了實(shí)際應(yīng)用。最簡(jiǎn)單形式的反饋線性化是將非線性系統(tǒng)中的非線性抵消掉,使閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性變成線性形式。因此 ；進(jìn)而可通過(guò)調(diào)節(jié)控制器中的K值，保證系統(tǒng)的誤差穩(wěn)定性。 根據(jù)該框圖不但可以清楚的看出利用Lyapunov方法設(shè)計(jì)控制器的全過(guò)程及其思路，對(duì)后面進(jìn)行仿真作足充分的準(zhǔn)備。后面的車輛以此類推，最終使得整個(gè)車隊(duì)在各個(gè)控制器的控制下按預(yù)期的隊(duì)形前進(jìn)，這種方法可以遞推到N輛車，都可以達(dá)到對(duì)車隊(duì)編隊(duì)控制的目的，不但很好的控制隊(duì)形，還能解決當(dāng)今的交通問(wèn)題。 以上幾點(diǎn)假設(shè)為下文中的控制器設(shè)計(jì)提供了理想的條件。假設(shè)3:跟隨車輛可通過(guò)傳感器，測(cè)量出其與領(lǐng)隊(duì)車輛之間的相對(duì)距離L相對(duì)角度 。設(shè)計(jì)合適的輸入量和，使車隊(duì)保持穩(wěn)定隊(duì)形，并按預(yù)期的隊(duì)形前進(jìn)，達(dá)到對(duì)車輛的編隊(duì)控制。本章所得到的領(lǐng)航者跟隨者車輛模型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且清晰明了。 ：可以用坐標(biāo)的形式來(lái)表達(dá)為： （）其中: （） （） （）其中： （） （） （） 對(duì)（）和（）分別求導(dǎo)并將（）（）代入，經(jīng)整理可得： （） （）其中： 為領(lǐng)隊(duì)車輛的縱向速度； 為跟隨車輛的縱向速度。 根據(jù)跟隨領(lǐng)航者的隊(duì)形控制原理，若己指定領(lǐng)隊(duì)車輛的位置和方位角，只要設(shè)定跟隨車輛與領(lǐng)隊(duì)車輛之間的期望相對(duì)距離 和相對(duì)角度。因此我們首先選定N輛車組成車隊(duì)中的兩輛車為領(lǐng)隊(duì)車輛和跟隨車輛，建立跟隨車輛與領(lǐng)隊(duì)車輛之間的運(yùn)動(dòng)模型。可以定義如下： （） 把（）帶入（）整理得出： （） （） 從方程（）（）（）可得到單個(gè)車輛的動(dòng)態(tài)模型： （） () （） 小結(jié):本節(jié)分析了車輛的約束關(guān)系，建立了單個(gè)車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并總結(jié)出了車輛橫向速度，縱向速度以及角速度之間的關(guān)系，下一節(jié)將根據(jù)本節(jié)所得到的單車模型，基于跟隨領(lǐng)航者的編隊(duì)方法，以兩輛車構(gòu)成的簡(jiǎn)單車隊(duì)為例建立車隊(duì)模型。 車輛結(jié)構(gòu)圖 令為車輛的重心G，a表示車輛后輪到G的距離，b表示車輛前輪到G的距離；令為車輛前進(jìn)的方向與x軸的夾角，即航向角。 單個(gè)車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型在編隊(duì)控制方法中，領(lǐng)航者跟隨者方法比較直觀，控制比較簡(jiǎn)單，更適合用于車輛的隊(duì)形控制中，本文中將采用領(lǐng)航者跟隨者的方法對(duì)車隊(duì)建模。第二章 車輛模型對(duì)于由多輛自主車輛車組成的車隊(duì)，控制其按期望的任意隊(duì)形行駛，要考慮車隊(duì)中車輛的協(xié)作關(guān)系，以及車輛本身的約束關(guān)系，因此我們需尋求一種將隊(duì)形控制問(wèn)題與車輛控制問(wèn)題相結(jié)合的自主車隊(duì)隊(duì)形建模方法和控制算法。最后根據(jù)設(shè)計(jì)的跟隨車輛跟蹤控制器對(duì)系統(tǒng)仿真，通過(guò)仿真驗(yàn)證控制器設(shè)計(jì)的正確性。(4)目前對(duì)于車隊(duì)控制及編隊(duì)控制的研究，都是針對(duì)信息完整的情況而言的，然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，由于環(huán)境、天氣等因素的影響，車輛等的傳感器會(huì)受到一定的限制，出現(xiàn)通訊延遲及測(cè)量不準(zhǔn)確等不確定性因素，因而，在以后的研究中也應(yīng)設(shè)計(jì)如何消除這些不確定因素。因此，需要尋求一種適用于車隊(duì)多種隊(duì)形形態(tài)的控制方法。上述所介紹每種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)及不足，因此在實(shí)際研究中往往將幾種控制方法相互結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，例如文獻(xiàn)[5]將基于行為的方法人工勢(shì)場(chǎng)法相結(jié)合，文獻(xiàn)[6]將基于行為的方法與跟隨領(lǐng)航者的方法相結(jié)合，目前國(guó)內(nèi)針對(duì)隊(duì)形控制的研究主要以基于行為的方法和跟隨領(lǐng)航者的方法為主。⑸ 基于廣義坐標(biāo)的方法文獻(xiàn)[2]提出了一種基于廣義坐標(biāo)的方法。與控制方法不同的是控制方法只需考慮相對(duì)距離不用考慮相對(duì)角度的問(wèn)題，控制方法需要考慮群體中三個(gè)個(gè)體之間的相對(duì)位置，其中一個(gè)作為跟隨者，其余兩個(gè)個(gè)體作為其領(lǐng)隊(duì)車輛，設(shè)定跟隨者對(duì)兩個(gè)領(lǐng)航者之間的期望的相對(duì)距離和，通過(guò)控制器設(shè)計(jì)使跟隨者與領(lǐng)航者之間實(shí)際的相對(duì)距離達(dá)到期望值保持隊(duì)形穩(wěn)定。