基于线性变参数建模的汽车横摆力矩增益调度控制

提出一种基于线性变参数(Linear parameter-varying,LPV)方法的汽车横摆力矩鲁棒增益调度控制方案.建立横摆力矩误差动态模型,选择路面附着系数和汽车纵向速度为调度变量,将误差动态模型转化为关于路面附着系数和汽车纵向速度及其组合的LPV模型,将鲁棒增益调度横摆力矩控制器的设计转化为对多胞模型16个顶点的线性H( 控制器设计.通过求解17个线性矩阵不等式可以求得共同的Lyapunov矩阵,在保证系统二次稳定性和二次H( 性能指标的前提下对每一个顶点离线设计了H( 控制器,在线根据工况加权各顶点控制器获得该工况下的全局控制器.8自由度模型的非线性仿真表明基于LPV的鲁棒增益调度控制器比单一的H( 控制器对工况变化具有更强的适应性.     

半挂汽车列车横向稳定性鲁棒H∞最优控制

为了保证极限工况下的半挂汽车列车的横向稳定性,选取牵引车质心侧偏角、横摆角速度、半挂车横摆角速度及牵引车与半挂车的中心线夹角为控制变量,利用鲁棒H∞最优控制理论解决轮胎侧偏刚度的不确定性,设计了直接横摆力矩的鲁棒H∞最优控制器。基于半挂汽车列车的非线性动力学模型,在Matlab/Simulink软件中对该控制器在不同路面下的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速大转向时,相比传统二次最优控制,直接横摆力矩的鲁棒H∞最优控制方案能更好地适应路面变化,可获得更好的控制效果,具有较强的鲁棒性。     

四轮转向半挂汽车列车鲁棒最优保性能控制

引入Gim轮胎模型建立四轮转向半挂汽车列车的四自由度非线性动力学模型。考虑轮胎侧偏刚度的不确定性,提出四轮转向半挂汽车列车直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制方案,基于模型追踪控制技术推导了直接横摆力矩的鲁棒最优保性能控制器。借助Matlab/Simulink软件,以建立的非线性动力学模型为平台,对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速大转向时,与传统二次最优控制相比,四轮转向鲁棒最优保性能控制方案可获得更好的控制效果,可显著提高半挂汽车列车的操纵稳定性。     

基于HJI理论的双半球胶囊机器人姿态非线性控制方法

考虑到自主研发的双半球胶囊机器人系统不确定性以及外界扰动等非线性特征问题,提出了一种基于Hamilton-Jacobi不等式(HJI)理论的双半球胶囊机器人滑模鲁棒非线性控制策略.通过拉格朗日动力学原理建立双半球胶囊机器人被动模态的动力学模型,并将Hamilton-Jacobi不等式理论应用于设计滑模鲁棒的控制律来确保控制系统的稳定性.此外,通过Lyapunov方程验证了该双半球胶囊机器人基于HJI理论的滑模鲁棒控制系统的有效性,并对所设计的控制器进行了仿真实验,仿真和实验结果表明所设计的控制策略能有效地抑制外部干扰对控制误差的影响,提高了双半球胶囊机器人系统的控制精度.     

下肢外骨骼康复机器人的自适应控制研究

针对下肢外骨骼康复机器人的动力特性,为实现康复训练过程中控制的实时性和高精度,消除系统中存在的未建模动态、外部扰动和非线性不确定性的影响,本文提出采用两个相互独立控制器共同作用控制方法,即基于标称模型的计算力矩控制器和变结构鲁棒自适应补偿控制器。补偿控制器基于Lyapunov函数法,通过引入一个动态信号和非线性阻尼项来抑制未建模动态、外部有界扰动和非线性不确定项的影响。设计的自适应律通过在线刷新系统的不确定参数,增强了控制系统的鲁棒性并保证系统达到全局渐近稳定。通过Lyapunov稳定性定理和仿真结果证明了该控制策略的可行性和有效性。     

基于质心侧偏角估计的车辆侧向稳定性T-S模糊H_∞控制

设计了新的车辆质心侧偏角观测器,对于采用非线性轮胎模型的车辆模型设计了基于观测器的稳定性控制器。将T-S模糊建模技术应用于非线性Dugoff轮胎模型的车辆侧向动力学,T-S模糊模型中以横摆角速度误差作为模糊前件变量用来近似地反映非线性状态的程度并用来判断车辆是否处于线性或非线性区域。考虑轮胎侧偏刚度的不确定性,设计了基于鲁棒横摆力矩控制器的非线性观测器,以提高车辆操纵稳定性并将观测器和基于观测器的控制器设计问题转化为线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequalities,LMIs)约束问题。基于Car Sim/Simulink数值仿真以验证设计方法的有效性,仿真结果表明,对于双移线(Double Lane Change,DLC)和J-turn工况所设计的控制器比Car Sim/ESC更能有效地控制车辆质心侧偏角,提高了车辆操纵稳定性,所得结果为T-S模糊H∞控制在车辆工程中的实际应用提供了参考。     

基于模型不确定性鲁棒结构奇异值控制研究

基于鲁棒结构奇异值理论,以工程中普遍存在的封闭空间结构———声耦合模型不确定性系统为对象,提出了设计鲁棒控制器的方法,建立了结构-声耦合系统鲁棒主动控制模型,与鲁棒H∞控制结果相比,μ-synthesis方法对模型不确定性具有良好的稳定鲁棒性和性能鲁棒性。     

参数不确定性汽车的鲁棒最优控制

引入二次多项式平方轮胎模型,建立了车辆的三自由度非线性动力学模型。考虑轮胎参数的不确定性,推导了线性参数不确定性车辆模型,以车辆质心侧偏角和横摆角速度为控制变量,基于线性参数不确定性车辆模型设计了鲁棒最优控制器。利用Matlab/Simulink工具,将此控制器应用于车辆三自由度非线性动力学模型中,并进行了仿真。     

基于转向与主动横摆力矩协调的四轮驱动智能电动汽车路径跟踪控制

为提高智能汽车的路径跟踪能力,并保证其在极限工况下的动力学稳定性,以四轮驱动智能电动汽车为研究对象,根据转向和主动横摆力矩(Direct yaw moment,DYC)系统的特点分别设计控制律进行协调控制.首先,针对汽车在转向过程中轮胎侧偏刚度的不确定性,利用线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)理论构造可实现系统区域极点配置的鲁棒控制器,并研究其求解方案.然后,采用分层架构设计主动横摆力矩的控制律;其中,上层控制器通过车-路运动学关系,基于线性时变模型预测控制(Linear-time-varying model predictive control,LTV-MPC)计算期望横摆角速度;下层采用基于双曲正切趋近函数的滑模控制计算主动横摆力矩,为了在提高跟踪精度的同时确保汽车动力学稳定性,在滑模面中引入质心侧偏角的控制权重,其大小根据质心侧偏角稳定性相图确定.考虑到在大多数常见工况中,转向系统单独作用就已经可以取得良好的控制效果,对主动横摆力矩系统设置激活机制,使其仅在转向系统被判定难以完成当前控制目标时才介入,避免了正常工况下的非必要激活引起的耗能.最后,通过Simulink-CarSim联合仿真进行了算法验证,结果表明,即使在较极端的工况下,所提出的控制方法仍然能保持良好的循迹控制效果,并且可以很好地确保汽车的动力学稳定性.     

基于模糊逻辑的AFS／DYC集成控制策略研究

文中所研究的汽车动态控制系统是基于模糊逻辑控制的主动前轮转向（AFS）和直接横摆力矩控制（DYC）的集成。控制系统采用分层控制。上层使用模糊逻辑控制器（横摆角速度控制器）,输入为横摆角速度偏差及其变化率,其输出为直接横摆力矩控制信号和前轮修正转向角;下层（模糊集成控制器）设计了基于轮胎侧向力工作区的模糊逻辑控制器,通过调整前轮侧向力的方向,激活切换函数来调节模糊逻辑控制器的比例因子。仿真结果表明,使用非线性七自由度车辆模型,与单独的AFS或DYC控制器相比较,使用集成AFS／DYC控制系统,汽车操纵稳定性得到了很大的改善。     

基于博弈论和功能分配的汽车底盘系统协调控制

考虑汽车底盘悬架、转向、制动子系统间耦合动力学关系,建立高阶非线性动力学模型。对各子系统设计局部最优控制器,对悬架子系统设计非线性H∞控制器,对转向子系统设计直接横摆力矩比例积分微分(Proportion-integration-differentiation, PID)控制器,对制动子系统设计滑模变结构控制器。为进一步提高整车全局控制性能,基于功能分配原理对子系统控制功能进行分配,采用博弈论对子系统控制功能指标进行博弈,设计上层协调控制器以输出期望的控制作用,模糊规则实时自整定子系统控制器输出量以跟踪期望控制目标。基于Matlab/Simulink软件,对整车协调控制系统进行仿真,采用ARM构建底盘功能分配的控制系统实车试验平台,进行实车道路试验。结果表明,基于博弈论的整车协调控制系统较子系统单独控制、不加控制时均能取得更好的控制性能,验证了协调控制的有效性。     

Design and experimental realization of a robust decentralized PI controller for a coupled tank system

This paper presents design and realization of a robust decentralized PI controller for regulating the level of a coupled tank system. The proposed controller is designed based on a predefined reference transfer function model in which we adopt a frequency matching of actual and reference models. Realization of control algorithms for a multivariable system is often complicated owing to uncertainties in the process dynamics. In this paper, initially a frequency response fitting model reduction technique is adopted to obtain a First Order Plus Dead Time (FOPDT) model of each higher order decoupled subsystem. Further, using the obtained reduced order model, the proposed robust decentralized PI controller is designed. The stability and performance of the proposed controller are verified by considering multiplicative input and output uncertainties. The performance of the proposed robust decentralized controller has been compared with that of a decentralized PI controller. To validate the performance of the proposed control approach, real-time experimentation is pursed on a Feedback Instrument manufactured coupled tank system.     

Robust control of robot manipulator with actuators

A Robust controller is designed for cascaded nonlinear uncertain systems that can be decomposed into two subsystems; that is, a series connection of two nonlinear subsystems, such as a robot manipulator with actuators. For such systems, a recursive design is used to include the second subsystem in the robust control. The recursive design procedure contains two steps. First, a fictitious robust controller for the first subsystem is designed as if the subsystem had an independent control. As the fictitious control, a nonlinearH∞ control using energy dissipation is designed in the sense ofL ₂-gain attenuation from the disturbance caused by system uncertainties to performance vector. Second, the actual robust control is designed recursively by Lyapunov’s second method. The designed robust control is applied to a robotic system with actuators, in which the physical control inputs are not the joint torques, but electrical signals to the actuators.     

四轮转向车辆直接横摆力矩的模糊PID控制研究

引入轮胎魔术公式,建立了四轮转向车辆的三自由度非线性动力学模型。将四轮转向与直接横摆力矩相结合,以车辆横摆角速度为控制变量,设计了模糊PID控制器。利用Matlab/Simulink工具,将此控制器应用于非线性四轮转向车辆动力学模型进行了仿真。     

基于ABS的车辆弯道稳定性控制仿真研究

车辆在低附着弯道路面上制动是一种非常危险的工况.本文从车辆在低附着弯道路面上制动整车受力的角度出发,分析了车辆弯道制动时ABS控制的不足,提出了车辆ABS与横摆力矩控制协调控制的制动力控制策略.利用模糊控制原理设计了横摆力矩控制器,在制动车辆ABS的基础上,通过对车辆的横摆力矩控制和车轮滑移率的调节,实现了制动过程中对附加横摆力矩的动态调整,从而可以在不增加硬件成本的条件下实现车辆在低附着弯道路面上制动的稳定控制.最后进行仿真试验验证了该控制方法的有效性.     

Optimization of control allocation with ESC,AFS, ARS and TVD in integrated chassis control

This paper presents an optimization of control allocation in integrated chassis control with active front steering, active rear steering, electronic stability control and torque-vectoring device under the saturation of lateral tire forces on front wheels. After a control yaw moment is calculated in the upper-level controller, a weighted pseudo-inverse based control allocation is used for yaw moment generation in the lower-level controller. Variable coefficients of the weighted pseudo-inverse based control allocation are used to represent various actuator combinations and are optimized for each actuator combination to enhance control performances using simulation on vehicle simulation package, CarSim. Due to severe cornering on low friction road, the front lateral tire forces can be easily saturated. Under the condition, the active front steering has little effect on control performance and, consequently, the desired control yaw moment cannot be generated. So, the lateral force generated by AFS should be restricted to its maximum, and a constrained weighted pseudoinverse based control allocation with electronic stability control, active rear steering and torque-vectoring device is applied to compensate the loss of the control yaw moment. Variable coefficients of the constrained weighted pseudo-inverse based control allocation with electronic stability control, active rear steering and torque-vectoring device are also optimized using simulated-based tuning. To validate the proposed method, simulation was done on CarSim. From simulation, it was verified which actuator combination is effective for integrated chassis control if the lateral forces on front wheels are saturated.

     

大模型不确定性下的汽车纵向加速度控制

针对汽车纵向动力学模型存在较大不确定性的问题，提出了一种基于鲁棒控制理论的多模型分层切换控制方法。在分析汽车纵向动力学特性基础上，用4个乘性不确定模型描述对象，并应用鲁棒控制理论设计控制器集合。考虑鲁棒控制理论特点，设计了一种基于不确定性估计的切换指标函数，实现了汽车纵向加速度多模型分层切换控制。理论分析和实验表明，提出的方法在模型具有大不确定性时可以对加速度进行有效控制，系统具有良好的跟踪性能，稳态误差小于0．1m／s^2。     

基于干扰抑制的汽车转向与悬架系统的集成控制

建立侧向风作用下的汽车整车横向和垂向非线性动力学模型。考虑到随机路面输入和侧向风干扰,利用L2增益干扰抑制的方法设计出电动助力转向(EPS)与主动悬架系统(ASS)的非线性输出反馈H控制器。在Matlab环境下对驾驶员—汽车—道路闭环系统进行仿真计算。结果表明,所设计的控制器能有效抑制路面随机输入和较大的侧向风干扰,改善车辆的操纵稳定性、转向轻便性和行驶平顺性。