网联车辆系统：通信、控制及优化

本专著归纳总结了作者团队围绕智能网联车辆（CAVs）系统的分析与设计，在轨迹规划、车辆协作控制以及车间通信等领域取得的重要研究成果。本专著考虑了车间通信限制以及传感器/执行器故障影响下的车辆协作控制技术，并利用不同的建模方法及控制策略，解决了车辆协作控制中的轨迹优化，跟踪控制及车间通信冲突问题。本专著包含14章，分成3个部分，其中第1～5章是第1部分，讨论了网联车辆协作控制与通信的协同设计问题；第6～9章是第2部分，考虑了执行器故障下的保性能控制问题；第10～14章是第3部分，关注了CAVs系统的轨迹跟踪控制问题和速度规划问题。 本专著详尽介绍了CAVs系统分析与设计的公式、算法及其在数值仿真、实验中的应用。每章都给出相关的参考文献，可帮助读者系统学习该领域相关的知识。本专著可作为学习网联车辆的建模及控制算法的教程，也有助于本领域研究人员及工程师将相关的建模和算法应用于理论研究及技术创新中。

文世喜，男、博士/博士后，副教授，硕士生导师。中国自动化学会会员，IEEE会员。主要研究领域为：网络化控制系统、网联车辆协作控制、移动传感器网络。现主持国家自然科学基金青年项目、辽宁省自然科学基金指导计划项目以及大连市高层次人才创新支持计划—2019青年科技之星项目，参与国家自然基金面上项目2项和青年项目1项等。在IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, IEEE Transactions on Vehicular Technology等学术刊物发表论文20余篇，其中SCI检索14篇。

前言 第1部分网联车辆通信与控制 第1章车间通信范围变化影响下的控制2 1.1引言2 1.2问题描述4 1.3网联车队切换控制8 1.4仿真实验13 1.5本章小结21 参考文献21 第2章通信扰动影响下的网联车辆控制24 2.1引言24 2.2问题描述25 2.3混合CACC-ACC控制26 2.4有限时间滑模控制器设计30 2.5数值仿真32 2.6本章小结37 参考文献37 第3章车间通信拓扑分配与控制协同39 3.1引言39 3.2问题描述40 3.3车辆队列的通信拓扑分配与控制协同设计45 3.4仿真实验54 3.5本章小结66 参考文献67 第4章具有切换拓扑和通信时延的网联车辆控制69 4.1引言69 4.2问题描述70 4.3车队控制系统的稳定性分析74 4.4车队控制器设计79 4.5仿真验证83 4.6本章小结93 参考文献94 第5章基于事件触发通信机制的控制研究95 5.1引言95 5.2问题描述97 5.3基于事件触发的车间通信机制与控制103 5.4仿真实验105 5.5本章小结116 参考文献117 第2部分车辆执行机构限制影响下的保性能控制 第6章执行器饱和影响下的异构车队容错控制120 6.1引言120 6.2系统建模和问题求解121 6.3改进的二次型间距策略和自适应PID滑模控制124 6.4控制器设计与稳定性分析125 6.5仿真结果132 6.6本章小结138 参考文献138 第7章执行器量化和死区特性影响下的容错控制140 7.1引言140 7.2系统建模和问题求解141 7.3改进的二次型车间距策略和自适应PID型滑模控制144 7.4控制器设计与稳定性分析146 7.5仿真结果152 7.6本章小结156 参考文献156 第8章预设性能控制158 8.1引言158 8.2问题描述159 8.3预设性能控制器设计161 8.4仿真研究168 8.5本章小结172 参考文献172 第9章保证预设性能指标的自适应滑模控制174 9.1引言174 9.2问题描述174 9.3模型变换176 9.4跟踪控制器设计178 9.5仿真研究183 9.6本章小结188 参考文献189 第3部分轨迹规划与控制 第10章车队的速度规划与跟踪控制192 10.1引言192 10.2问题描述193 10.3速度规划196 10.4车辆队列的协同速度跟踪控制198 10.5仿真实验204 10.6本章小结210 参考文献211 第11章速度规划和跟踪控制的解析求解212 11.1引言212 11.2系统建模和问题描述213 11.3基于PMP的设定点速度优化214 11.4速度跟踪控制和队列稳定性219 11.5仿真研究222 11.6本章小结225 参考文献225 第12章异质车队分布式轨迹优化与滑模控制226 12.1引言226 12.2问题描述227 12.3车队轨迹优化229 12.4跟踪控制器设计234 12.5仿真实验237 12.6本章小结249 参考文献250 第13章减少车间距的轨迹规划和PID型滑模控制252 13.1引言252 13.2问题描述253 13.3分布式轨迹优化255 13.4PID型滑模控制器设计259 13.5仿真实验263 13.6本章小结272 参考文献272 第14章车队分布式轨迹优化与有限时间跟踪控制协同274 14.1引言274 14.2问题描述274 14.3车辆队列轨迹优化277 14.4跟踪控制器设计282 14.5仿真285 14.6本章小结291 参考文献291