This paper introduces an online physical enhanced residual learning (PERL) framework for Connected Autonomous Vehicles (CAVs) platoon, aimed at addressing the challenges posed by the dynamic and unpredictable nature of traffic environments. The proposed framework synergistically combines a physical model, represented by Model Predictive Control (MPC), with data-driven online Q-learning. The MPC controller, enhanced for centralized CAV platoons, employs vehicle velocity as a control input and focuses on multi-objective cooperative optimization. The learning-based residual controller enriches the MPC with prior knowledge and corrects residuals caused by traffic disturbances. The PERL framework not only retains the interpretability and transparency of physics-based models but also significantly improves computational efficiency and control accuracy in real-world scenarios. The experimental results present that the online Q-learning PERL controller, in comparison to the MPC controller and PERL controller with a neural network, exhibits significantly reduced position and velocity errors. Specifically, the PERL's cumulative absolute position and velocity errors are, on average, 86.73% and 55.28% lower than the MPC's, and 12.82% and 18.83% lower than the neural network-based PERL's, in four tests with different reference trajectories and errors. The results demonstrate our advanced framework's superior accuracy and quick convergence capabilities, proving its effectiveness in maintaining platoon stability under diverse conditions.


翻译:本文提出了一种面向网联自动驾驶汽车(CAVs)队列的在线物理增强残差学习(PERL)框架,旨在应对交通环境的动态性和不可预测性带来的挑战。该框架将模型预测控制(MPC)所表征的物理模型与数据驱动的在线Q学习协同结合。针对集中式CAV队列增强后的MPC控制器采用车辆速度作为控制输入,聚焦于多目标协同优化。基于学习的残差控制器为MPC注入先验知识,并校正由交通扰动引起的残差。PERL框架不仅保留了基于物理模型的可解释性与透明性,还在实际场景中显著提升了计算效率与控制精度。实验结果表明:在四种不同参考轨迹与误差条件下的测试中,与MPC控制器及基于神经网络的PERL控制器相比,在线Q学习PERL控制器的位置和速度误差显著降低。具体而言,PERL的累积绝对位置误差和速度误差平均值分别比MPC低86.73%和55.28%,比基于神经网络的PERL低12.82%和18.83%。实验结果展示了本先进框架卓越的精度与快速收敛能力,证明了其在多样化条件下维持队列稳定性的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
A Multi-Objective Deep Reinforcement Learning Framework
VIP会员
最新内容
ICML 2026|ECA:面向开放式图文生成的高效持续对齐
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:58
《无人水面艇文献综述与结构设计》135页
专知会员服务
10+阅读 · 6月13日
乌克兰战场背后的新武器
专知会员服务
7+阅读 · 6月12日
基于博弈论的陆军人机协同(长文报告)
专知会员服务
13+阅读 · 6月12日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员