MPF 拓扑下基于观测器的车辆编队控制器的内部与队列稳定性
最优化与控制
2024-05-15 v3
摘要
在本文中，我们研究了在恒定时间车距策略（CTHS）与多前车跟随（MPF）车对车信息流拓扑下车辆编队的内部稳定性与队列稳定性。更具体地，我们脱离此类系统传统的比例-积分-微分（PID）控制器设计，提出一种基于观测器的控制器设计。为设计该基于观测器的控制器，我们首先设计一个分布式观测器，各跟随车借此估计其相对于领航车的位置、速度与加速度误差。该观测器通过构造一个待定参数的观测器矩阵来设计。接着，我们简化观测器矩阵的设计，使其归结为选取单一标量值；该设计进一步简化了控制器结构，其简洁性使得能够借助频响法推导队列稳定性条件。随后，给定时间车距下的队列稳定性条件被转化为控制器参数的条件。我们通过设计一种新颖的启发式搜索算法获得满足稳定性条件的控制器参数。此外，我们通过引入类二分算法扩展该搜索算法，从而（在一定的偏差容限内）获得时间车距的最小可用值。最后，我们给出如何由上述算法最终确定基于观测器的控制器参数以避免峰值现象的思路。所提基于观测器的控制器性能通过示例加以展示。另外，与 MPF 拓扑下广泛使用的 PID 控制器对比表明，我们所提基于观测器的控制器具有更好的收敛性能。
引用
@article{arxiv.2108.09497,
title = {Internal and String Stability of an Observer-based Controller for Vehicle Platooning under the MPF Topology},
author = {Wei Jiang and Elham Abolfazli and Themistoklis Charalambous},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.09497},
year = {2024}
}