編輯推薦

《智能交通係統中的車輛協作控製》針對下一代智能交通係統中的車輛協作控製這一核心技術，全麵概括瞭著者及其團隊在車輛協作控製領域的一係列研究成果，重點介紹瞭車聯網中的車輛通信協調、基於車聯網和車載傳感器的自適應車輛巡航控製、非綫性動態惡劣天氣條件下車載傳感器檢測受限或失效時的車輛協作巡航控製、通信調度與車輛協作控製協同設計等關鍵技術問題及其解決方法。本書視角獨特，選題側重車聯網的通信資源分配與車輛協作控製的協同設計，為下一代交通控製技術提供瞭新的思路和方法。本書注重理論和實踐並重，既有嚴謹細緻的理論分析和論證，又提供瞭豐富詳實的仿真分析和基於智能交通實驗平颱的實驗結果，不僅便於讀者充分理解智能交通係統的有關概念和方法，也有助於讀者快速掌握車輛協作控製算法並付諸實際應用。

內容簡介

《智能交通係統中的車輛協作控製》針對下一代智能交通係統中的車輛協作控製這一核心技術，全麵概括瞭著者及其團隊在車輛協作控製領域的一係列研究成果，重點介紹瞭車聯網中的車輛通信協調、基於車聯網和車載傳感器的自適應車輛巡航控製、非綫性動態惡劣天氣條件下車載傳感器檢測受限或失效時的車輛協作巡航控製、通信調度與車輛協作控製協同設計等關鍵技術問題及其解決方法。本書視角獨特，選題側重車聯網的通信資源分配與車輛協作控製的協同設計，為下一代交通控製技術提供瞭新的思路和方法。本書注重理論和實踐並重，既有嚴謹細緻的理論分析和論證，又提供瞭豐富詳實的仿真分析和基於智能交通實驗平颱的實驗結果，不僅便於讀者充分理解智能交通係統的有關概念和方法，也有助於讀者快速掌握車輛協作控製算法並付諸實際應用。

作者簡介

　　郭戈，男，1972年1月生，大連海事大學二級教授、博士生導師，IEEE高級會員，是Systems, Control & Communications國際期刊創刊主編，擔任多個國際SCI期刊副主編及國內自動化領域期刊《自動化學報》編委、中國自動化學會過程控製委員會委員。在國際國內期刊發錶論文200餘篇，其中SCI／EI收錄170餘篇，在國傢科學技術學術齣版基金資助下齣版學術專著3部。主持國傢、省部級科研項目近20項，研究成果獲遼寜省科技進步一等奬、甘肅省科技進步一等奬、遼寜省自然科學三等奬各1次，獲發明專利和計算機軟件著作權4項。培養博士、碩士及博士後70餘人，指導學生獲挑戰杯省級一等奬。曾獲甘肅省“十大傑齣青年”提名、浙江省錢江學者講座教授、大連市領軍人纔等榮譽。嶽偉，男，1981年10月生，大連海事大學講師。在國際國內期刊發錶論文20餘篇，其中SCI／EI收錄16篇，主持1項國傢科學基金及2項橫嚮課題。

目錄

《電氣自動化新技術叢書》序言

第6屆《電氣自動化新技術叢書》編輯委員會的話

前言

第1章緒論1

1.1智能交通係統的背景與意義1

1.2智能交通係統研究的主要內容3

1.3車輛協作控製的發展3

1.3.1縱嚮控製研究4

1.3.2橫嚮控製研究9

1.3.3車輛綜閤控製研究10

1.4全書內容安排11

1.5符號說明12

第2章智能交通係統中的分層式車輛協作控製13

2.1車隊建模與問題描述14

2.1.1車隊模型建立14

2.1.2反饋信息異質的影響16

2.1.3乾擾及不確定性建模16

2.1.4通信限製建模18

2.1.5控製目標18

2.2車隊穩定性分析18

2.2.1保性能控製器設計18

2.2.2H∞控製器設計21

2.3車隊隊列穩定性分析25

2.4數字仿真27

2.5小結34

第3章分散式車輛協作控製35

3.1問題描述35

3.2設計分散式保性能控製器37

3.2.1交疊係統解耦38

3.2.2子係統控製器設計40

3.2.3原車隊控製器設計43

3.3車隊隊列穩定性分析44

3.4數字仿真45

3.5小結49

第4章傳感器測量受限下的車輛協作控製50

4.1問題描述51

4.1.1協作式車隊結構51

4.1.2傳感器測量受限建模51

4.1.3車隊控製係統模型53

4.2車隊穩定性分析55

4.3車隊隊列穩定性分析60

4.4仿真與實驗63

4.4.1數字仿真63

4.4.2Arduino車隊實驗66

4.5小結69

第5章傳感器失效下的切換式車輛協作控製70

5.1建立車隊模型70

5.1.1協作式自適應巡航控製車隊模型建立70

5.1.2傳感器失效影響71

5.1.3控製目標及設計相關定義72

5.2切換控製的控製器設計73

5.3車隊隊列穩定性分析及控製算法79

5.4仿真及實驗81

5.4.1數字仿真81

5.4.2實驗85

5.5小結88

第6章非綫性車輛協作控製89

6.1建立車隊模型89

6.2非綫性PID控製器設計90

6.3車隊穩定性及隊列穩定性分析93

6.4數字仿真97

6.5小結100

第7章協作式車輛自適應保性能控製101

7.1車隊模型建立及問題描述101

7.1.1非綫性車輛動態模型建立101

7.1.2控製目標103

7.1.3控製器結構103

7.1.4RBFNN描述104

7.2車隊穩定性及隊列穩定性分析105

7.3數字仿真111

7.3.1非綫性影響的實驗112

7.3.2對車輛動態不確定性的實驗113

7.3.3執行器延時的實驗114

7.4小結116

第8章傳感器測量受限下的非綫性車輛協作控製117

8.1問題描述117

8.1.1車隊模型建立117

8.1.2傳感器模型建立118

8.2非綫性魯棒控製器設計119

8.2.1Back-stepping控製器設計119

8.2.2非綫性魯棒控製器設計121

8.3仿真實驗123

8.3.1數字仿真123

8.3.2實驗126

8.4小結130

第9章傳感器失效下的切換式非綫性車輛協作控製131

9.1車隊模型建立以及問題描述131

9.1.1非綫性車輛動態模型建立131

9.1.2傳感器失效的影響132

9.1.3控製目標134

9.2切換控製器設計134

9.3隊列穩定性分析136

9.4數字仿真137

9.5小結138

第10章執行器飽和及延時下的車輛協作控製139

10.1問題描述139

10.2H∞控製器設計142

10.3車隊隊列穩定性分析以及控製算法148

10.4數字仿真149

10.5小結154

第11章智能交通係統中的車輛調度與控製協同設計155

11.1車隊模型建立以及問題描述155

11.1.1車隊建模155

11.1.2無綫通信網絡能力受限以及數據丟包對車隊係統的影響156

11.1.3調度函數157

11.1.4係統模型變換157

11.2車隊控製與調度協同設計159

11.2.1單個跟隨車輛穩定性分析159

11.2.2同時穩定性及可調度性161

11.3車隊隊列穩定性與調度協同設計165

11.3.1車隊穩定性分析165

11.3.2控製與調度協同設計算法166

11.4數字仿真167

11.5小結170

第12章基於連續車輛間歇性通信的車輛協作控製171

12.1問題描述171

12.1.1圖論171

12.1.2車隊模型建立172

12.2保證車隊穩定的控製器設計173

12.3數字仿真176

12.4小結179

第13章通信受限的車輛協作控製180

13.1協作式車隊結構描述180

13.2協作式車隊隊列穩定性描述180

13.3考慮通信信道受限的車隊模型181

13.4協作式車隊控製器設計184

13.5數字仿真188

13.6小結190

參考文獻191

前言/序言

　　蓬勃發展的車聯網技術、智慧道路及無人車技術促使以智能車路係統為核心的新一代智能交通技術研究成為近年來的熱點領域之一。智能車路係統是典型的信息物理係統，其中大量的車輛通過車聯網交換信息，協調和同步車輛流高效通信且平穩安全行駛至關重要。由於高速行駛的車輛實時控製周期和接入網絡的時間較短，無綫網絡狀態易受環境及車輛影響，且車聯網可容納有限的車輛同時通信，車載傳感器在惡劣條件下感知能力受限甚至失效，因此，智能交通係統中的車輛協作控製極具挑戰性。

　　本書結閤復雜車輛動態及智能車路係統中的車聯網通信局限性、車載傳感器感知能力受限及失效，係統地論述瞭車輛協作通信及控製的理論、方法和實驗驗證與分析。具體而言，針對車聯網通信帶寬限製導緻的車輛流反饋信息異質問題，提齣分層結構的集中式保性能車輛隊列控製方法，將車輛隊列描述為多子係統關聯的交疊式係統，基於包含原理、解耦和車輛隊列穩定性理論，得到分布式車輛隊列控製方法體係。針對低能見度條件下的車載傳感器測量範圍有限問題，綜閤考慮燃油及製動延時，提齣一種變結構保性能車輛隊列控製算法；考慮惡劣天氣條件下的傳感器失效問題，基於切換控製理論中的平均駐留時間法，得到車輛隊列穩定性與傳感器失效率、采樣周期之間的定量關係。最後，綜閤考慮非綫性車輛動態、車聯網通信限製和其他不確定性因素，研究瞭車輛協作自適應巡航控製的變結構PID控製方法、自適應神經網絡及反步法等非綫性控製方法。在基於Arduino車輛的交通控製實驗平颱上驗證瞭上述控製方法的實用性。

　　本書匯總瞭著者及其團隊在車輛協作控製領域多年的研究成果，對智能交通係統及車輛控製等領域的研究人員及自動控製和交通係統工程等專業的教師具有較高的參考價值，也適閤相關領域的研究生作為開展學術探索的參考書。

　　本書的撰寫得到王麗媛、文世喜、趙園等研究生的大力支持，他們對書中的一些理論和方法做瞭大量的研究和仿真工作，對本書的齣版提齣過許多寶貴的建議。本書的研究工作和撰寫得到國傢自然科學基金、霍英東教育基金、教育部新世紀優秀人纔支持計劃項目的資助，在此錶示衷心感謝。

　　著者水平有限，書中不妥之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。