本书全面探讨了通信延时对车辆队列稳定性的影响及其补偿策略。本书分为七章，每章针对不同的主题深入分析，涵盖了从理论概念到实际应用的各个方面。主要包括节点动力学、队列几何构型、信息流拓扑结构和分布式控制器、稳定性相关的理论和判据以及通信延迟对稳定性的影响和可能的补偿方法；通信延时对队列稳定性的具体影响，通过数值分析和仿真验证，对比不同通信延时条件下的队列稳定性表现；基于粒子群优化的控制器增益动态调整方法，通过仿真实验展示不同增益设置对车辆队列稳定性的影响；利用长短时记忆网络重构加速度信息的方法，以及长短时记忆网络在车辆队列控制中的应用，通过多种交通场景的仿真测试评估性能；基于模型预测控制的通信延时补偿方法，展示了模型预测控制和长短时记忆网络结合的先进控制策略在实际应用中的有效性；基于遗传算法的控制器平滑切换方法，通过仿真实验验证该方法在不同交通情境下的效果。最后基于实际的车辆台架测试，对比实验与仿真的结果，深入分析在正弦振荡场景下车辆队列稳定性的表现。
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交通运输行业科技创新人才推进计划中青年科技创新领军人才，2021年，排名第1。
目录
丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 车辆队列相关概念 3
1.2.1 节点动力学 4
1.2.2 队列几何构型 5
1.2.3 信息流拓扑结构 6
1.2.4 分布式控制器 8
1.3 稳定性相关概念及判据 10
1.4 通信延时对车辆队列稳定性的影响 12
1.5 通信延时补偿策略 13
1.5.1 优化通信网络结构 14
1.5.2 重构加速度信息 16
1.5.3 整定控制器增益 17
1.5.4 构建多分支选择结构 19
1.5.5 改进控制器 20
1.6 结论 23
第2章 通信延时对队列稳定性的影响 25
2.1 引言 25
2.2 相关工作 26
2.3 问题陈述 27
2.3.1 车辆纵向动力学 27
2.3.2 一般线性CACC控制律 28
2.3.3 弦稳定性判定 29
2.4 通信延时边界数值分析 30
2.4.1 一种确认通信延时边界的数值方法 30
2.4.2 队列参数对弦稳定区的影响 34
2.4.3 与以前的研究比较 36
2.5 仿真验证 38
2.5.1 模拟配置 38
2.5.2 交通场景 39
2.5.3 仿真结果 40
2.6 结论 44
第3章 基于PSO的控制器增益动态调整方法 45
3.1 引言 45
3.2 相关工作 46
3.3 问题陈述 47
3.3.1 车辆动力学模型 47
3.3.2 控制器选择 48
3.3.3 通信延时对串稳定性的影响 48
3.4 方法论 51
3.4.1 整体架构 51
3.4.2 目标函数 52
3.4.3 生成头车加速度曲线 52
3.4.4 基于改进粒子群的增益整定算法 54
3.5 实验仿真 56
3.5.1 静态参考增益和两种动态最优增益的定性对比实验 56
3.5.2 基于正弦曲线和综合曲线找到的最优增益的定量对比实验 61
3.5.3 不同优化算法的对比实验 63
3.6 本章小结 65
第4章 基于LSTM的加速度信息重构方法 66
4.1 引言 66
4.2 相关工作 67
4.3 问题陈述 69
4.3.1 车辆动力学模型 69
4.3.2 串稳定性分析 70
4.3.3 原始控制 71
4.3.4 CACC的好处.73
4.3.5 通信延时对CACC的负面影响 74
4.4 LSTM控制.75
4.4.1 LSTM预测和控制的架构 75
4.4.2 LSTM神经网络模型 76
4.5 性能评估 78
4.5.1 交通场景 78
4.5.2 仿真设置和指标 79
4.5.3 LSTM、RNNs和GRUs的预测精度 80
4.5.4 仿真结果 81
第5章 基于模型预测控制的CACC系统通信延时补偿方法.84
5.1 引言 84
5.2 协同式自适应巡航控制系统建模 86
5.2.1 车辆间距策略 87
5.2.2 MPC纵向控制器 88
5.3 系统弦稳定性量化指标定义 89
5.3.1 2 范数弦稳定性条件.89
5.3.2 无穷范数弦稳定性条件 90
5.3.3 弦稳定性量化指标定义 90
5.4 级联式MPC-PVAT方法设计.91
5.4.1 MPC优化求解方法 92
5.4.2 MPC-PVAT方法.92
5.5 基于LSTM的通信延时补偿方法 94
5.5.1 LSTM预测模型 95
5.5.2 MPC-LSTM方法 96
5.6 仿真结果评估.97
5.6.1 基于正弦型运动工况的仿真测试 98
5.6.2 基于NGSIM数据的仿真测试 104
5.7 结语 110
第6章 基于遗传算法的控制器平滑切换方法 111
6.1 控制器切换方法 111
6.2 基于遗传算法的控制器切换 113
6.2.1 遗传算法原理 113
6.2.2 控制器平滑切换方法 115
6.3 仿真实验 117
6.3.1 仿真平台介绍 117
6.3.2 仿真实验设置 118
6.3.3 仿真结果 119
6.4 本章小结 131
第7章 基于台架的车辆队列稳定性测试与分析 132
7.1 硬件及参数配置 132
7.2 车辆队列稳定性校正 133
7.2.1 实验场景设计 133
7.2.2 测试结果分析 135
7.3 正弦振荡场景下车辆队列稳定性测试与分析 137
7.3.1 实验场景设计 137
7.3.2 测试结果分析 138
7.4 台架测试与仿真测试对比分析 141
参考文献 142
《交通与数据科学丛书》书目 158
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