非线性车辆动力学下基于非凸全分布式优化的 CAV 编队控制
最优化与控制
2021-04-20 v1
摘要
受下一代智能交通系统的推动，CAV 编队技术在过去几年中受到相当关注。与大多数关注 CAV 线性车辆动力学的现有编队方法不同，本文考虑非线性车辆动力学，并针对可能异构的 CAV 编队，通过模型预测控制（MPC）方法开发基于全分布式优化的 CAV 编队控制方案。非线性车辆动力学给分布式算法开发与控制分析和设计带来若干主要困难。具体而言，底层 MPC 优化问题是非凸且紧密耦合的。此外，闭环动力学成为受外部扰动的时变非线性系统，使闭环稳定性分析相当复杂。为克服这些困难，我们将底层 MPC 优化问题表述为局部耦合但非凸的优化问题，并针对一般 MPC 时域开发了基于序贯凸规划的全分布式方案。该方案可利用算子分裂方法有效实现实时计算。为分析闭环稳定性，我们应用全局隐函数定理、线性时变系统稳定性以及输入到状态稳定的 Lyapunov 理论等多种工具，证明闭环系统在关于非线性动力学的所有小系数上一致局部输入到状态稳定。在同构与异构 CAV 编队上的数值测试证明了所提全分布式方案与 CAV 编队控制的有效性。
引用
@article{arxiv.2104.08713,
title = {Nonconvex, Fully Distributed Optimization based CAV Platooning Control under Nonlinear Vehicle Dynamics},
author = {Jinglai Shen and Eswar Kumar H. Kammara and Lili Du},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.08713},
year = {2021}
}