摘要
随着汽车产业智能化、电动化、网联化和共享化的变革驱动，智能网联汽车产业技术创新和系统建设已成为国家发展战略。作为智能网联汽车产业的技术核心领域，智能网联车队系统(Intelligent connected vehicle platoon system，ICVPS)深度集成先进控制、通信计算和无人驾驶，在提高交通效率、行驶安全与减少能耗等方面优势显著。然而，物理层中外部干扰和故障严重影响ICVPS的控制性能和队列稳定性，恶意人为网络攻击诱发的通信故障也时刻威胁着智能网联车队系统的安全行驶。为解决上述问题，本论文开展自适应故障容错控制研究，以提升智能网联车队系统的安全稳定综合保障能力。本论文的具体研究内容如下： 1. 研究了具有执行器故障和输入饱和的智能网联车队系统分布式自适应容错控制方法。首先，为降低传统间距策略的保守性，引入基于故障因子的二次间距策略以保证故障和干扰沿ICVPS长度逐层递减的严格队列稳定性；然后，引入自适应更新律，设计分布式有限时间自适应容错控制器以补偿故障、输入饱和以及干扰的影响，保证闭环控制系统的容错性能和稳定性。最后，分析证明系统的严格队列稳定性，并给出了其充分条件；同时基于李亚普诺夫稳定性理论，证明闭环系统是全局有限时间稳定的。 2. 研究了改进指数间距策略下智能网联车队系统的分布式自适应有限时间故障容错控制方法。首先，与传统间距策略不同，引入故障因子和头车的速度信息，设计改进指数间距误差策略，以能提高交通流容量，保证系统队列稳定性；其次，设计非线性观测器，并基于观测信息，设计分布式自适应有限时间容错控制策略，引进未知参数自适应更新律，抑制执行器故障、输入饱和及干扰影响。理论分析证明了闭环系统的全局有限时间稳定性、队列稳定性和交通流稳定性。 3. 研究了多重通信故障下智能网联车队系统的分布式自适应预设性能快速有限时间容错控制方法。首先，构造非线性状态补偿器以保证多重攻击诱发通信故障和干扰下状态信号的有界性；其次，结合第三章中改进指数间距策略和非对称约束域，以维持队列稳定性，碰撞规避和高速状态下移动通信保持；并基于反正切非对称Barrier李雅普诺夫函数，设计分布式自适应预设性能快速有限时间容错控制器，提高系统收敛速度和故障条件下系统的瞬态/稳态性能，构造自适应更新律以实现故障抑制；理论分析证明了预设性能下的队列稳定性，以及闭环系统的快速有限时间稳定性。 4. 研究了通信故障和干扰下智能网联车队系统的分布式自适应事件触发固定时间容错控制方法。首先，与传统干扰观测器不同，构造基于滑模的固定时间干扰观测器，以实现未知外部干扰在任意初始条件下的快速估计；其次，基于指数间距策略和带领导者前车跟随型信息流拓扑结构，设计分布式自适应事件触发固定时间容错控制方案，减少控制能量的消耗，提高系统的鲁棒性能和攻击诱发通信故障下的快速响应能力；设计模糊自适应故障补偿律，以克服故障的影响。理论分析证明闭环控制系统是实际固定时间稳定的，同时系统的队列稳定性也得到保证。最后，通过对比实验分析以及SUMO-MATLAB联合仿真平台验证所提方案的有效性。 5. 研究了未知输入死区、干扰和通信故障下智能网联车队系统的事件触发分布式自适应预设性能固定时间故障容错控制方法。首先，引入预设固定时间衰减函数以及非对称约束函数，克服现有预设控制方法的不足；其次，基于前车跟随信息流拓扑结构和指数间距策略设计分布式自适应预设性能固定时间故障容错控制器，结合固定时间自适应补偿律实现未知死区与攻击诱发通信故障的快速补偿。引入有界指数衰减函数设计事件触发机制，以避免事件误触发的“芝诺”现象，减少控制能量消耗。理论分析证明了闭环系统预设约束条件下的实际固定时间稳定和队列稳定性。
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