众所周知,控制科学和工程是一个“使能”学科,它不局限于某一特定行业,而是通过自己的理论、方法和技术“赋能”其他各个行业(航空航天、工业自动化、智慧交通$\cdots$),帮助其发展。

与此相同,无线网络化控制系统也是一个“使能”研究领域,在其对自动化和控制本身的贡献之外,它以各类新型智能系统为其应用对象,“赋能” IoT、CPS、IoV等各个技术和行业领域,构成为这些技术和行业领域的理论、方法和技术的有机组成部分。

比如,作为无人驾驶的一个较早商业化和极具前景的应用领域,无人卡车编队(driveless truck platoon)的研究更多属于无人驾驶、智慧交通等相关领域,但无线网络化控制系统的研究在其中起到了(或者,将要起到)某种关键基础性作用。

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无人卡车编队研究中的一个重要问题是通过减少相邻两辆卡车的车间距以减少后车迎面风阻,从而节省能耗。容易理解,后车的能耗节省程度跟它与前车的车间距密切相关,车间距越小,迎面风阻越小,节省能耗越多,反之亦然。有研究指出,在一定条件下,10米车间距可减少能耗8%,而4米车间距则可减少能耗15%,从10米到4米的车间距缩减造成的能耗节省相差近2倍。因此,为了尽可能节省能耗,无人卡车编队有必要保持尽可能小的车间距,但车间距的减小因为机械系统的滞后性而存在重大限制:后车对车间距的保持依赖对前车速度的观测,从前车紧急刹车被后车观测到,到后车的刹车系统开始起作用之间存在不可避免的数秒延时,这一延时在卡车高速运动下就意味着必须要有较长的车间距才能保证安全。

一个重要的解决思路是充分利用无人卡车编队用于相互间通信的无线通信网络:前车可以把自己将要进行的加减速、转向等运动信息通过无线通信网络通知后车,后车从而可以事先预估前车的运动,提前作出相应的反应,理想情况下可以完全消除机械系统滞后性的影响,最小化车间距。不过,要将这一策略在现实中应用,就需要考虑在无线通信不完美的情况下(比如偶尔的信号丢失,甚至遭到外部攻击等)如何设计稳定鲁棒的车间距保持策略,这正是无线网络化控制系统研究的范畴。这样,无线网络化控制系统通过自己的理论和方法“赋能”了无人卡车编队这一应用领域。

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基于数据驱动和联合设计的无线网络化控制系统的使能建模和设计