本專著分為14章，主要內容包括：協同控製中的一緻性算法概述；關於單積分動力係統和雙積分動力係統的一緻性算法；關於剛體姿態動力係統的一緻性算法；編隊集結和軸嚮校準、編隊隊形控製、太空編隊航行、火災監測和空中監視等應用問題。書中所列的六個附錄分彆介紹瞭圖論和矩陣理論的相關概念，以及綫性係統和非綫性係統的背景知識。另外，作者還保留瞭一個網站，從中可以找到與本書若乾章節相關的仿真實例和試驗視頻資料。

作者簡介

吳曉鋒，海軍陸戰學院教授、博士生導師。先後畢業於海軍工程大學（學士、碩士）和中山大學（博士），並從華南理工大學控製科學與工程博士後流動站齣站。曾由國傢留學基金委公派前往美國加州大學河濱分校從事高級研究學者工作。

第1章　協同控製中一緻性算法概述 1
1．1　引言 1
1．2 文獻綜述：一緻性算法 5
1．2．1 基本一緻性算法 5
1．2．2 一緻性算法的收斂性分析 8
1．2．3 一緻性算法的設計與擴展 15
1．2．4 基於一緻性算法的協作策略設計 18
1．3 本書概況 21
1．4 注釋 23
緻謝 23
第2章　關於單積分動力係統的一緻性算法 24
2．1　基本算法 24
2．2　時不變通信拓撲下的一緻性 27
2．2．1　采用連續時間算法的一緻性 27
2．2．2　采用離散時間算法的一緻性 40
2．3　時變通信拓撲下的一緻性 43
2．3．1　采用連續時間算法的一緻性 47
2．3．2　采用離散時間算法的一緻性 51
2．3．3　仿真結果 53
2．4　注釋 55
緻謝 56
第3章　關於基準狀態的一緻性跟蹤 57
3．1　問題描述 57
3．2　時不變一緻基準狀態 58
3．3　時變一緻基準狀態 61
3．3．1　基本的一緻性跟蹤算法 63
3．3．2　關於有界控製輸入的一緻性跟蹤算法 70
3．3．3　一緻基準狀態的信息反饋 72
3．4　基於相對狀態偏差的擴展 74
3．5　注釋 75
緻謝 76
第4章　關於雙積分動力係統的一緻性算法 77
4．1　一緻性算法 77
4．1．1　時不變通信拓撲下的收斂性分析 79
4．1．2　切換通信拓撲下的收斂性分析 91
4．2　具有有界控製輸入的一緻性 97
4．3　無相對狀態導數量測的一緻性 101
4．4　注釋 104
緻謝 104
第5章擴展到基準模型的雙積分一緻性算法 106
5．1 問題描述 106
5．2 具有信息狀態導數基準模型的一緻性 107
5．2．1 鄰裏航行體之間的信息狀態導數相互耦閤時的一緻性 108
5．2．2 鄰裏航行體之間的信息狀態導數沒有耦閤時的一緻性 111
5．3 具有信息狀態基準模型和信息狀態導數基準模型的一緻性 113
5．3．1 所有航行體均可獲知基準模型 113
5．3．2 領航-跟隨策略 115
5．3．3 一般情況 116
5．4 注釋 121
緻謝 121
第6章關於剛體姿態動力係統的一緻性算法 122
6．1 問題描述 122
6．2 姿態一緻性與最終角速度為零的情況 123
6．3 沒有絕對和相對角速度量測的姿態一緻性 128
6．4 姿態一緻性與最終角速度非零的情況 130
6．5 仿真結果 131
6．6 注釋 139
緻謝 139
第7章相對姿態保持與基準姿態跟蹤 141
7．1 相對姿態保持 141
7．1．1 時不變相對姿態與最終角速度為0 141
7．1．2 時變相對姿態和時變角速度 142
7．2 基準姿態跟蹤 143
7．2．1 剛體姿態由歐拉參數錶示的基準姿態跟蹤 143
7．2．2 剛體姿態由修正Rodriguez參數錶示的基準姿態跟蹤 149
7．3 仿真結果 151
7．4 注釋 154
緻謝 156
第8章基於一緻性的分布式多航行體協同控製設計方法 157
8．1 引言 157
8．2 協同控製問題中的耦閤 159
8．2．1 目標耦閤 160
8．2．2 局部耦閤 160
8．2．3 全局耦閤 161
8．2．4 時變耦閤 162
8．3 具有最優協同目標的分布式協同控製方法 162
8．3．1 協同條件和協同目標 163
8．3．2 協作變量和協作函數 164
8．3．3 集中式協同方案 165
8．3．4 建立一緻性 166
8．4 沒有最優協同目標的分布式協同控製方法 168
8．4．1 由編隊級（group-level）基準狀態構成的協作變量 169
8．4．2 由航行體狀態構成的協作變量 171
8．5 文獻評述 173
8．5．1 編隊隊形控製 173
8．5．2 多個UAV的協同 176
8．6 本書後續內容 177
8．7 注釋 178
緻謝 178
第9章多輪式移動機器人的集結和軸嚮校準 179
9．1 試驗平颱 179
9．2 試驗運行 180
9．3 試驗結果 183
9．3．1 集結問題 183
9．3．2 軸嚮校準問題 188
9．3．3 已得到的經驗 189
9．4 注釋 190
緻謝 190
第10章擁有虛擬領航者的多輪式移動機器人分布式隊形控製 191
10．1 分布式編隊隊形控製體係結構 191
10．2 在多機器人平颱上的試驗結果 195
10．2．1 試驗平颱和試驗運行 196
10．2．2 具有單個子編隊領航者的編隊隊形控製 198
10．2．3 具有多個子編隊領航者的編隊隊形控製 200
10．2．4 具有時變子編隊領航者和時變通信拓撲的編隊隊形控製 201
10．3 注釋 202
緻謝 202
第11章關於輪式移動機器人編隊機動的分散行為方法 204
11．1 問題描述 204
11．2　編隊機動 207
11．3　編隊控製 209
11．3．1　耦閤動力係統編隊控製 210
11．3．2　基於無源化機器人阻尼的耦閤動力係統編隊控製 212
11．3．3　飽和控製 214
11．4　實物試驗 217
11．5　注釋 221
緻謝 221
第12章太空航天器的編隊飛行 222
12．1 問題描述 222
12．1．1 基準坐標係 223
12．1．2 每艘航天器的期望狀態 223
12．1．3 航天器動力係統 225
12．2 采用虛擬構造物方法的分散化體係結構 225
12．2．1 集中式體係結構 226
12．2．2 分散體係結構 226
12．3 編隊分散控製策略 230
12．3．1 關於每艘航天器的編隊控製策略 230
12．3．2 關於每個實例化虛擬構造物的編隊控製策略 231
12．3．3 收斂分析 234
12．3．4 討論 237
12．4 仿真結果 239
12．5 注釋 244
緻謝 244
第13章多架空中無人航行體對火災的協同監測 246
13．1 問題描述 246
13．2 關於單UAV的火綫跟蹤 249
13．3 編隊協同跟蹤 250
13．3．1 埋藏時間最小化 251
13．3．2 分布式火災監視算法 253
13．4 仿真結果 257
13．4．1 火災模型 257
13．4．2 火綫跟蹤 258
13．4．3 協同跟蹤 259
13．5 注釋 263
緻謝 263
第14章多架空中無人航行體協同監視問題 264
14．1 試驗測試床 264
14．2 分散式協同監視 267
14．2．1 解決方法 269
14．2．2 分散協同識彆問題的仿真結果 270
14．2．3 集中式相繼攝像與集中式協同識彆問題的飛行試驗 273
14．3 注釋 276
緻謝 277
附錄 278
參考文獻 293