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计算机工程 2024年

作者：叶宝林王欣李灵犀吴维敏浙江理工大学信息科学与工程学院嘉兴大学信息科学与工程学院印第安纳大学-普渡大学印第安纳波利斯分校电子与计算机工程系浙江大学智能系统与控制研究所

为了提高高速公路上混合环境下车辆的行驶效率、减少交通事故的发生，提出了一种基于近端策略优化（PPO）的车辆智能控制方法。首先，构建了一个融合深度强化学习和传统PID控制的分层控制框架，上层深度强化学习智能体负责确定控制策略... 详细信息

为了提高高速公路上混合环境下车辆的行驶效率、减少交通事故的发生，提出了一种基于近端策略优化（PPO）的车辆智能控制方法。首先，构建了一个融合深度强化学习和传统PID控制的分层控制框架，上层深度强化学习智能体负责确定控制策略，下层PID控制器负责执行控制策略。其次，为了提升车辆的行驶效率，通过定义优势距离对观测到的环境状态矩阵进行数据筛选，帮助自主车辆（Ego-car）选择具有更长优势距离的车道进行变道。为了加快深度强化模型的收敛速度，基于定义的优势距离提出了一种新的状态采集方法以减少数据处理量。另外，为了兼顾车辆的安全性、行驶效率和稳定性，设计了一个多目标奖励函数。最后，在基于Gym搭建的车辆强化学习任务仿真环境Highway＿env中开展了仿真测试，对所提方法在不同目标速度下的表现进行了分析和讨论。仿真测试结果表明，相比于深度Q 网络（DQN）方法，所提方法具有更快的收敛速度，且在两种不同目标速度下均能让车辆安全平稳地完成驾驶任务。

关键词：近端策略优化车辆控制分层控制框架多目标奖励函数

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线性变参数系统鲁棒经济模型预测控制策略研究

线性变参数系统鲁棒经济模型预测控制策略研究

引用

作者：李能卓浙江工业大学

学位级别：硕士

经济模型预测控制(EconomicModelPredictiveControl,EMPC)可以有效处理经济目标优化问题，其不仅能显示处理约束、实现多变量控制，还可以折衷闭环系统的稳定性与经济性。此外，相应的鲁棒MPC通过可处理系统的不确定部分来维持系统的稳... 详细信息

经济模型预测控制(EconomicModelPredictiveControl,EMPC)可以有效处理经济目标优化问题，其不仅能显示处理约束、实现多变量控制，还可以折衷闭环系统的稳定性与经济性。此外，相应的鲁棒MPC通过可处理系统的不确定部分来维持系统的稳定性。但目前关于线性变参数系统(LinearParameter-Varying,LPV)的经济目标优化问题研究少有进展，或是并未考虑在实际情况下LPV系统中调度参数无法突变的性质，导致所设计的算法保守性较强。在这种情况下，设计一种在保证稳定性前提下降低保守性的基于Tube的EMPC(TEMPC)控制策略具有十分重要的理论价值。　　在国内外现有成果的基础上，结合鲁棒不变集、终端不变集和EMPC的分层控制框架，研究参数变化率有界的LPV系统的经济目标优化问题算法设计。论文主要研究内容如下：　　(1)针对参数变化率有界的LPV系统，提出一种TEMPC控制策略。首先，将LPV系统变换为一个包含常规线性系统的名义部分与包含关于系统状态的乘性扰动部分。其次，通过调度参数的有界变换率构造每一时刻的鲁棒不变集并由此获得紧缩约束。然后运用多目标的分层思想，给定对应系统的经济目标函数并设计获得关于此经济目标函数最优平衡点的跟踪目标函数。再次，通过构造收缩约束保证闭环系统对于经济目标优化问题的稳定性。最后，由仿真实验验证提出控制策略的有效性。　　(2)针对参数变化率有界的LPV系统的经济目标优化问题，提出一种分层的基于线性矩阵不等式(LinearMatrixInequality,LMI)的TEMPC策略。首先，运用分层规划思想保证对于经济优化问题的稳定性。之后，将用于构造收缩约束的关于经济最优稳态点的跟踪目标优化问题改写为LMI的形式。最后，由对比仿真结果说明提出控制策略的有效性和优越性。　　(3)对于电动汽车空调系统的能耗问题，将提出的节能TEMPC策略用于该问题中。首先，建立车舱内热负荷动力学模型。其次，定量分析各外部环境对系统能耗的影响。最后，通过与基于Tube的跟踪MPC相对比，以验证提出的控制策略对空调能耗降低的有效性、优越性。

关键词：线性变参数系统经济模型预测控制分层控制框架线性矩阵不等式

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