固定航路最优飞行冲突解脱模型

针对在固定航路条件下多个航空器之间的冲突解脱问题,提出了改变航向的飞行策略,比较了自由飞行条件下和固定航路飞行条件下的最优飞行冲突解脱模型。以航空器性能和航路空间为约束条件,以冲突解脱时间为目标函数,运用最优化控制理论和微分方程,计算了不同初始条件下的总冲突解脱时间。计算结果表明:当航空器的解脱终点从(80,0)变为(65,0)时,总冲突解脱时间减小了32s;当航空器的解脱速度从833km.h-1降低为759km.h-1时,总冲突解脱时间增大了12s;当航空器的初始位置由(20,0)增大为(29,0)时,总冲突解脱时间仅增大了2s。航空器的解脱终点和解脱速度对冲突解脱时间影响较大,而航空器的初始位置对冲突解脱时间影响较小。     

空管中轨迹预测的种变结构IMM算法

本文针对空中交通管制中采用相互作用多模型算法(IMM)来进行飞行轨迹预测时，可能由于模型的选取不当而造成性能变差或计算浪费的不足，提出了一种基于图论的变结构相互作用多模型(GIMM)算法。本文给出了GIMM算法的基本思想、算法的模型和计算步骤，并用GIMM算法与固定结构IMM算法进行了仿真比较。仿真结果表明GIMM算法在空管飞行轨迹预测中是更为有效和可行的。     

自由飞行中冲突解脱的线性规划法

为了避免可能的冲突, 任何两架飞行器之间的距离不能小于给定的安全距离, 采用线性规划的方法研究了同一空间中自由飞行的几架飞机之间的冲突解脱问题。提出了两种不同的解脱方案: 第一, 只允许速度变化; 第二, 只允许航向角变化。考虑到旅客在旅途中的舒适程度, 选取的目标函数要使上述改变量最小。针对两种方案分别列出了线性限制公式, 从而找出最优的解脱办法, 实例验证了该方法的可行性。     

飞行冲突解脱与恢复几何模型及管制策略

已知两航空器的三维位置、速度及本机预计到达目标点时间,得出了满足几何最优和机动次数最少、解决飞行冲突并同时保证预计到达目标时间不变条件的多种冲突解脱与恢复模型.仿真计算验证了所得模型的有效性.该模型适用于机载设备及空中交通管制自动化系统.在此模型上经大量仿真,综合出了切保护区边界这极限情况并适合空中交通管制员调配的冲突解脱与恢复管制策略表.空中交通管制员只需考虑一定的安全裕量,这些策略即可应用于在实际管制中.     

基于低空风预测模型的救援航迹修正规划方法

针对低空救援航迹易受到侧风影响难以获得准确的航迹规划路径问题,采用数据融合方法预测低空风,修正航空器的低空规划航迹.首先,将飞行区域内的国际交换站作为观测点,通过应用基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的数值气象预报释用技术,将观测点的风速、风向记录数据与预报值进行融合,建立低空风预测模型;其次,利用该模型,校正预报数据的系统误差,得出修正的风预测值;最后,结合航空器的爬升率、巡航速度等性能参数与所经航路点的风速、风向信息,依据速度矢量合成原理,修正各航路点的过点时刻.仿真实验表明,与传统的卡尔曼滤波预测方法相比,由UKF方法预测得到的风速、风向RMSE分别减少了12.88%与17.50%,对初始规划航迹的修正更为精确.      

分布式MAS 在飞行冲突解脱中的应用研究

在自由飞行的环境下,为解决飞行冲突探测与解脱（conflict detection and resolution,CDR）问题,提出一种基于高度层、航向和速度调配的综合解脱方法,并将多 agent 系统(multi-agent system, MAS) 的分布式技术与启发式算法相结合,进行问题求解. 首先设计了分布式MAS框架结构,然后建立了飞行冲突探测模型,高度层调配模型及航向、速度调配模型,最后,综合运用了基于合同网协议的分布式算法和自适应遗传算法进行问题求解.仿真实验表明,所设计的MAS框架是可行的,同时分布式算法和自适应遗传算法的综合应用能很快找到基于高度层、航向和速度分配的近似最优解,为CDR问题提供了新的解决思路.     

基于模型预测控制的智能汽车轨迹跟踪方法比较

针对智能汽车轨迹跟踪问题,基于模型预测控制原理分别采用运动学模型和动力学模型为预测模型,通过对非线性系统进行线性化和离散化处理,根据约束条件、目标函数设计了2种轨迹跟踪控制器。基于Carsim与Matlab/Simulink联合仿真平台,在不同附着系数、不同车速下进行典型轨迹跟踪仿真试验。结果表明:不同工况下,2种模型预测控制器都有良好动态跟踪特性,动力学模型的跟随效果和控制平滑度略优于运动学模型。     

基于自适应模型预测控制的智能车轨迹跟踪

针对传统模型预测算法在智能车辆轨迹跟踪的局限性,引入随道路曲率变化的速度自适应调节算法,设计轨迹跟踪控制器.设计目标函数及添加约束条件,通过Matlab/Simulink软件,在不同车速下与传统算法进行比较,仿真结果表明:不同的纵向车速对传统算法的轨迹跟踪有一定的影响,而对改进后的算法影响较小.尤其当车速较高时,改进后...     

采用内点约束的最优冲突解脱方法

在自由飞行中, 为了保证任何两架飞机之间的距离不能小于给定的安全间隔, 采用内点约束条件和最优控制中的庞特里亚金极小值原理, 研究了自由飞行中飞机的控制向量受约束时的平面冲突解脱问题, 考虑了只改变速度大小和只改变速度方向的解脱策略。不同的策略具有不同的控制变量, 各变量有不同的约束范围。采用极小值原理解得最优控制变量, 并由内点约束条件获得解脱开始时间、约束时间及控制变量转换时间。计算结果表明改变速度大小策略的协作解脱耗费是单机解脱的1/10, 而改变速度方向的策略在两机夹角过小时单机解脱耗费为协作解脱的1/3。     

一体式车辆避撞轨迹规划与跟踪控制

为提升复杂交通环境中智能车辆的避撞能力,将路径规划、速度规划及跟踪控制整合为一个优化问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)的一体式车辆避撞轨迹规划和跟踪控制方法。首先,分析实际交通环境中的避撞场景,将智能车辆的避撞控制问题转化为多约束优化问题;其次, 搭建7DOF(七自由度)车辆动力学模型和复合滑移工况的UniTire轮胎模型设计MPC控制器;再次,针对变速控制问题中传统基于时域预测模型的MPC控制方法无法在预测时域中实现车辆空间和位姿约束的问题,设计了基于空间域预测模型的MPC控制器;最后,基于Matlab和CarSim联合仿真平台设计了不同避撞场景验证所提方法,并与现有基于恒速假设的一体式避撞控制方法进行对比。仿真结果表明：所提方法能够充分发挥车辆的机动性能,解决现有一体式控制方法在 复杂环境中避撞失败的问题,并保证避撞过程稳定和轨迹平滑。     

新型混合交通交叉口信号与车辆轨迹协同控制方法

新型混合交通环境下的交叉口交通控制可通过信号灯控制与自动驾驶车辆的轨迹控制协同实现,能够极大地优化道路通行资源利用效率。已有研究中,信号配时与车辆轨迹集中优化的控制策略难以应用于车辆自组织控制的现实场景,且往往计算复杂度较高。本文提出一种无中心框架下基于逻辑的交叉口信号与车辆轨迹协同控制方法。基于协同理论中的快慢变量主动伺服控制原理,设计一种交叉口信号配时慢变量与车辆轨迹策略快变量协同框架,并分别提出基于逻辑的信号配时优化和网联自动驾驶车辆轨迹协同控制方法。协同控制方法可以在车辆自主控制的条件下,一方面,实现交叉口信号配时动态适应交通需求;另一方面,实现网联自动驾驶车辆主动优化驾驶速度,高效通过交叉口。而且网联自动驾驶车辆在进口道可引导混合车队高效通过交叉口,降低绿灯启动损失,提高交叉口通行效率。仿真实验表明,本文的协同控制方法相较于传统控制方法可显著降低交叉口车辆平均延误,同时,基于逻辑的决策模型可实现快速求解。通过对网联自动驾驶车辆控制策略关键参数的敏感性分析,进一步讨论新型混合交通流交叉口通行公平性,并比较在不同网联自动驾驶车辆渗透率下的控制效果。     

网联车辆编队的鲁棒模型预测控制方法

为研究一类带有结构不确定干扰的网联车辆编队控制问题,考虑结构扰动服从盒式不确定集约束情况,提出一种基于鲁棒对等变换的模型预测编队控制方法。首先,基于车辆运动学状态方程,对传统车辆编队控制模型进行描述;其次,在状态方程中引入仿射结构不确定矩阵,构建最小最大化范式下的网联车辆编队控制模型;然后,在盒式不确定集下,基于鲁棒对等理论将该模型转化为计算上易于处理的上图优化模型;最后,采用序列二次规划算法获得最优编队控制方案,并通过仿真实验将该控制方案与传统车辆编队控制方案进行对比,以此验证模型的有效性。 结果表明：本文提出的最优编队控制方法能够抵御编队系统结构不确定干扰,在实现稳定编队目标的同时保障车辆的编队安全性。     

面向实时交通信息提取的车辆轨迹数据挖掘

车辆行驶轨迹是驾驶人员主观意愿和道路客观约束条件综合作用的结果,从海量车辆轨迹中可以挖掘出道路的实时交通信息为智能交通服务．通过建立轨迹约束模型用以量化各约束因子,基于线性参照系统的数据预处理以加快检索速度和降低轨迹的不确定性,基于移动目标主体相似性和移动轨迹时空相似性的数据选取降低了数据库搜索次数提高发掘准确度,分别针对道路交叉口和一般路段进行数据挖掘,提取实时的道路交通信息．研究结果和实验结果表明,这个挖掘算法可以有效地提取道路实时路况信息．     

Path following control of underactuated ships based on unscented Kalman filter

A path following controller is proposed to force an underactuated surface ship which is suffering from disturbance to follow a predefined path.The controller is based on analytic model predictive control and unscented Kalman filter(UKF) techniques.The analytic model predictive control provides a systematic method to get appropriate controller parameters to guarantee the stability of the closed-loop system,and the well-defined relative degree is guaranteed by introducing output-redefinition.The UKF is used t...     

基于冲突回避的动态滑行路径算法

为解决机场场面航空器滑行路径分配问题,在时间依赖最短路径算法的基础上,提出了基于冲突回避的动态滑行路径分配算法.根据机场场面交通的实际情况,定义了3种不同类型的滑行冲突以及航空器的滑行优先级.给出了在不同类型冲突和不同滑行优先级情况下的滑行道时间延误函数.仿真实验表明,当跑道运行飞机达到32架次/h时,与固定路径相比,动态路径运行的航空器平均滑行时间减少了3 min/架次,航班延误减少了3.5 min/架次.