Tato diplomová práce se zabývá návrhem řízení a jednoduchým simulátorem kolony vozidel. Cílem práce je navrhnout centrální symetrické řízení kolony a nalézt generalizované tvary zpětnovazebních matic se splněnými podmínkami na obecnou a řetězovou stabilitu. V práci jsou představeny definice řetězové stability, informační topologie, možné přístupy k centrální a distribuované strategie řízení. Velký důraz je kladen na aplikaci teorie symetrických systémů. Využitím dané teorie jsou rozšířeny metody LQR a stavové zpětné vazby. V případě symetrického LQR jsou hledány obecné tvary váhových matic vedoucí na symetrickou stavovou zpětnou vazbu stabilizující uzavřenou smyčku. Symetrická váhová matice Q = C^TC je definována v závislosti na volbě výstupní matice C. V případě řízení symetrickou stavovou zpětnou vazbou jsou pro nižší počet vozidel analyzovány zpětnovazební matice přiřazující danou Jordanovu formu matici dynamiky uzavřeného systémů. U některých Jordanových forem jsou nalezeny a představeny parametrizované zpětnovazební symetrické matice s volností ve vlastních číslech a počtu vozidel. Nakonec je uveden simulátor kolony využívající navržených a simulovaných symetrických řízení.
Anotace v angličtině
This master thesis deals with the design of a control system and a simple simulator of a vehicle platoon. The aim of the thesis is to design a central symmetric control of the platoon and to find generalized forms of feedback matrices with satisfied general and chain stability conditions. Definitions of string stability, information topologies, possible approaches to central and distributed control strategies are presented. Much emphasis is placed on the application of symmetric systems theory. Using the given theory, LQR and state feedback methods are extended. In the case of symmetric LQR, general forms of weight matrices leading to symmetric state feedback stabilizing closed loop are sought. The symmetric weight matrix Q = C^TC is defined depending on the choice of the output matrix C. In the case of symmetric state feedback control, feedback matrices assigning a given Jordan form to the closed-loop system dynamics matrix are analyzed for a lower number of vehicles. For some Jordan forms, parameterized symmetric feedback matrices with freedom in eigenvalues and number of vehicles are found and presented. Finally, a platoon simulator using the proposed and simulated symmetric controls is presented.
Tato diplomová práce se zabývá návrhem řízení a jednoduchým simulátorem kolony vozidel. Cílem práce je navrhnout centrální symetrické řízení kolony a nalézt generalizované tvary zpětnovazebních matic se splněnými podmínkami na obecnou a řetězovou stabilitu. V práci jsou představeny definice řetězové stability, informační topologie, možné přístupy k centrální a distribuované strategie řízení. Velký důraz je kladen na aplikaci teorie symetrických systémů. Využitím dané teorie jsou rozšířeny metody LQR a stavové zpětné vazby. V případě symetrického LQR jsou hledány obecné tvary váhových matic vedoucí na symetrickou stavovou zpětnou vazbu stabilizující uzavřenou smyčku. Symetrická váhová matice Q = C^TC je definována v závislosti na volbě výstupní matice C. V případě řízení symetrickou stavovou zpětnou vazbou jsou pro nižší počet vozidel analyzovány zpětnovazební matice přiřazující danou Jordanovu formu matici dynamiky uzavřeného systémů. U některých Jordanových forem jsou nalezeny a představeny parametrizované zpětnovazební symetrické matice s volností ve vlastních číslech a počtu vozidel. Nakonec je uveden simulátor kolony využívající navržených a simulovaných symetrických řízení.
Anotace v angličtině
This master thesis deals with the design of a control system and a simple simulator of a vehicle platoon. The aim of the thesis is to design a central symmetric control of the platoon and to find generalized forms of feedback matrices with satisfied general and chain stability conditions. Definitions of string stability, information topologies, possible approaches to central and distributed control strategies are presented. Much emphasis is placed on the application of symmetric systems theory. Using the given theory, LQR and state feedback methods are extended. In the case of symmetric LQR, general forms of weight matrices leading to symmetric state feedback stabilizing closed loop are sought. The symmetric weight matrix Q = C^TC is defined depending on the choice of the output matrix C. In the case of symmetric state feedback control, feedback matrices assigning a given Jordan form to the closed-loop system dynamics matrix are analyzed for a lower number of vehicles. For some Jordan forms, parameterized symmetric feedback matrices with freedom in eigenvalues and number of vehicles are found and presented. Finally, a platoon simulator using the proposed and simulated symmetric controls is presented.
Seznamte se s problematikou řízení vozidel v koloně. Zhodnoťte různé přístupy k řízení rozestupů mezi vozidly.
Seznamte se s definicí vstupně symetrického systému a metodou návrhu symetrické stavové zpětné vazby.
Ukažte, že kolona dynamicky identických vozidel tvoří vstupně symetrický systém.
Charakterizujte symetrické stavové zpětné vazby systému kolony vozidel a diskutujte jejich vlastnosti.
Vytvořte jednoduchý simulátor pro simulaci kolony vozidel s řízením.
Zásady pro vypracování
Seznamte se s problematikou řízení vozidel v koloně. Zhodnoťte různé přístupy k řízení rozestupů mezi vozidly.
Seznamte se s definicí vstupně symetrického systému a metodou návrhu symetrické stavové zpětné vazby.
Ukažte, že kolona dynamicky identických vozidel tvoří vstupně symetrický systém.
Charakterizujte symetrické stavové zpětné vazby systému kolony vozidel a diskutujte jejich vlastnosti.
Vytvořte jednoduchý simulátor pro simulaci kolony vozidel s řízením.
Seznam doporučené literatury
J. Hou, G. Chen, J. Huang et al., Large-Scale Vehicle Platooning: Advances and Challenges in Scheduling and Planning Techniques, Engineering, (2023)
J. Konigsmarkova, M. Schlegel, Input and Output Symmetric Dynamical Systems: Features and Control Design, 15th European Workshop on Advanced Control and Diagnosis, (2022), 187-201
Z. Wang, G. Wu, M. J. Barth, A Review on Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) Systems: Architectures, Controls, and Applications, Proceedings of 2018 21st International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), (2018), 2884-2891
E. Uhlemann, Platooning: Connected Vehicles for Safety and Efficiency [Connected Vehicles], IEEE Vehicular Technology Magazine, (2016), 13-18
Seznam doporučené literatury
J. Hou, G. Chen, J. Huang et al., Large-Scale Vehicle Platooning: Advances and Challenges in Scheduling and Planning Techniques, Engineering, (2023)
J. Konigsmarkova, M. Schlegel, Input and Output Symmetric Dynamical Systems: Features and Control Design, 15th European Workshop on Advanced Control and Diagnosis, (2022), 187-201
Z. Wang, G. Wu, M. J. Barth, A Review on Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) Systems: Architectures, Controls, and Applications, Proceedings of 2018 21st International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), (2018), 2884-2891
E. Uhlemann, Platooning: Connected Vehicles for Safety and Efficiency [Connected Vehicles], IEEE Vehicular Technology Magazine, (2016), 13-18
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
grafy, schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Hodnocení z obhajoby práce
Výborně
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Motivace
Model kolony vozidel
Strategie řízení kolony – Centrálně orientované řízení a distribuované řízení
Návrh řízení – Symetrická stavová zpětná vazba, symetrické LQR a deadbeat control