智能车辆纵横向反演变结构协调控制

针对智能交通系统中车辆纵横向运动控制问题进行研究,建立了车辆的纵横向耦合非线性动力学模型,根据该控制系统具有非线性、强耦合和参数非匹配不确定性的特点,基于反演变结构控制理论,设计了智能车辆纵横向运动的协调控制算法;利用李雅普诺夫稳定性分析方法,证明了该控制算法可保证跟踪误差一致有界收敛.考虑到变结构的抖振问题,引入饱和...     

基于快速终端滑模的永磁同步电动机位置跟踪控制研究

针对永磁同步电动机伺服系统在位置控制中受到外部扰动、电机参数时变、机械传动间隙影响等问题,提出了一种基于径向基神经网络快速终端滑模的电机位置跟控制方法。在分析永磁同步电动机数学模型的基础上,基于快速终端滑模控制理论,设计了一种快速终端滑模的永磁同步电动机速度跟踪控制算法;并对电机参数的时变性,提出了一种新型的RBF神经网络快速终端滑模控制的位置控制算法;利用李雅普诺夫函数证明了系统的稳定性。仿真实验结果表明:与传统的PI控制、单独的快速终端滑模控制相比,该算法能够有效提高永磁同步电动机的响应速度、鲁棒性以及电机位置跟踪精度,从而提高了永磁同步电动机的控制性能。     

单边非质心驱动平面电机运动控制研究

与由四组线圈单元驱动方式相比,三组线圈单元驱动的平面电机属于单边非质心驱动模型。为提高平面电机系统的伺服性能,需要准确的力解耦模型以及有效的控制算法。由于实际中存在建模误差,如永磁体线圈加工误差引起的推力误差、气隙厚度不均匀、外部不确定扰动等,使得基于名义模型的系统无法有效解耦。同时建模误差的存在使得闭环系统误差方程的等号右侧不为0,无法确保跟踪误差的收敛。因此,必须利用控制器对建模误差进行补偿。以三组线圈单元且x方向为单边非质心驱动的平面电机作为研究对象。为提高其轨迹跟踪与定位能力,提出一种非线性控制算法。在逆动力学控制算法的基础上增加鲁棒项,对建模误差进行有效补偿。采用李雅普诺夫(Lyapunov)理论证明了该算法的稳定性。实验结果表明,轨迹跟踪误差小于1.5 m,可见通过对建模误差的补偿,减小了多自由度间耦合作用对运动精度的影响,提高了平面电机伺服性能。     

背靠背三电平VSC-HVDC非线性反演控制

研究了一种应用于背靠背三电平VSC-HVDC系统的非线性反演控制策略,解决了传统PI线性控制策略存在的动态响应缓慢、系统再稳定恢复时间长等问题。根据李雅普诺夫稳定性定理,构造了李雅普诺夫函数,分别设计了非线性母线电压和内环电流控制器。仿真实验结果表明,当电网功率扰动或潮流反转时,反演控制较传统PI控制具有更加优越的动、稳态性能,同时也大大减小了母线电压和电容电压的暂态纹波。     

绳驱动空中机械臂的自适应分数阶终端滑模控制

针对集总干扰下绳驱动空中机械臂关节空间内高精度轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于时延估计技术的自适应鲁棒控制策略。在控制框架中,引入时延估计技术来补偿系统未建模特性、外界扰动及动力学耦合效应;采用分数阶非奇异终端滑模面来加快系统状态量的收敛速度和保证轨迹跟踪控制的精度;添加自适应律来增加控制器的鲁棒性。同时,基于李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环系统的稳定性。最后,通过可视化仿真和地面试验对本文所设计控制器的有效性进行了验证,结果表明：与其他两种控制器相比,本文控制器具有较高的轨迹跟踪精度、较好的鲁棒性和较强的抗干扰能力。     

基于转矩观测器的垂直轴风力发电最大功率跟踪反演控制

为了提高垂直轴永磁直驱风力发电系统控制的鲁棒性和自适应性,针对大范围风速扰动和系统参数不确定的特点,应用非线性干扰观测器(NDO)实现垂直轴风力机气动转矩的估计,再结合反演(Back-stepping)控制方法设计发电最大功率跟踪(MPPT)控制器。控制器采用基于最佳转速跟踪的MPPT策略,通过逐步选择虚拟控制量和构造李雅普诺夫函数,使每个被控子系统具有良好的渐近特性,进而得到整个系统在大扰动下的全局渐近控制律。利用Matlab/Simulink建立系统的仿真模型,通过与PID控制器的对比实验,验证了反演控制器设计的正确有效性。     

基于改进双闭环滑模算法的飞行器轨迹跟踪研究

针对飞行器运动轨迹受外界气流干扰和模型参数不确定性导致复杂空间运动轨迹跟踪精度不足的问题,提出了一种改进的双闭环滑模控制算法提高飞行器轨迹跟踪的精度。该算法中外环位置控制器采用自适应率抑制外界干扰影响,内环姿态控制器利用切换函数自适应模糊器抑制未知干扰力矩和抖振的影响。利用Lyapunov理论验证双闭环控制算法具有全局渐近稳定性。仿真结果表明,改进的双闭环控制算法的姿态角跟踪误差精度由0.02提高到了0.0005,该算法对外界干扰具有较强的鲁棒性,同时能够实现高精度的轨迹跟踪。     

自适应控制在工业机器人中的应用

采用李雅普诺夫函数法，设计了一个信号综合形式的模型参考自适应控制器，该控制器算法简单，易于微机实现，文中给出了部分实验结果。     

基于模糊控制的智能竞速车舵机转向系统设计

智能车作为移动机器人的一种,是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合系统。为了提高智能车跟踪和运动性能,本文在分析智能车系统原理的基础上,从控制策略、控制算法等方面出发,研究基于FUZZY控制器的智能车舵机转向系统。首先,建立模糊变量的隶属函数和控制规则表,然后通过模糊推理和清晰化,得到输出控制作用的论域值,最后,将本文所设计的算法应用到基于HCS12单片机的智能车硬件系统。实验结果证明,本文设计的智能车控制算法能够模仿人工驾驶行为控制智能车准确快速地跟踪路径运行。     

微电网用飞轮储能支承系统多目标控制

提出一种基于Youla参数和依赖独立李雅普诺夫函数为每个目标的多目标控制算法,并将其用于微电网用飞轮储能支承系统中。在假设悬浮转子系统性能的柔性与刚性相互独立的基础上,建立了柔性转子的结点状态空间模型和刚度模型,并结合了闭环控制回路中的其它环节,建立了微电网用飞轮储能的磁悬浮支承控制系统模型。在详细介绍了形成线形矩阵不等式的矩阵控制和一般的算法的基础上,对所设计的控制器作了分析和与传统控制器作了比较,实验结果表明所提出的多目标控制算法精确有效。     

面向无人驾驶的三轴应急救援车辆并行控制方法

为实现应急救援车辆轨迹跟踪和横向稳定的优化协调,提出了一种基于哈密顿函数的车辆非线性并行控制方法。 分别 建立了车辆动力学模型和轨迹跟踪模型,通过模型变换将车辆动力学模型和轨迹跟踪模型表示为具有相同控制输入的状态方 程,从而将轨迹跟踪和横向稳定协调控制问题转化为一类非线性并行控制问题,分别设计了轨迹跟踪控制和横向稳定性控制的 哈密顿函数,讨论并证明了基于车辆特性的控制器设计存在条件,提出了一种兼顾应急救援车辆轨迹跟踪和横向稳定控制性能 的非线性并行控制方法,并证明了控制系统稳定性。 结果表明,并行控制下的轨迹跟踪精度和稳定性控制精度分别提升了 10. 13%和 13. 79%,从而验证所设计方法能够更好地实现应急救援车辆轨迹跟踪和横向稳定的协调控制。     

基于滑膜干扰抑制的两轮小车自平衡控制算法

新型滑板两轮小车在野外作业和城市道路巡逻等方面具有重要的应用价值,对两轮小车自平衡控制保证小车稳定可靠性运行的关键。由于两轮小车的轮动控制系统是一个多输入多输出的非线性强耦合系统,在不平稳道路中容易产生抖振。在常规的滑膜控制的基础上,引入一个非线性滑模切换面误差跟踪项,通过滑膜干扰抑制抖振,提出一种基于滑膜干扰抑制的两轮小车自平衡控制算法。构建了两轮小车的运动状态方程和平衡控制参量分析模型,通过非线性滑模切换面误差跟踪进行滑膜自平衡控制律设计,加入非线性取代积分项补偿小车抖振,提高小车平衡控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,采用该控制算法对两轮小车进行自平衡控制过程中,具有较好的平衡性能,输出的姿态误差减少,小车的稳定性较好,实现了对两轮小车的自平衡控制和调节,且调节作用是长期,持续的,有效保障了两轮小车的稳定运行。     

智能车路径信息图象采集控制系统的设计

随着高科技时代的到来,智能车的发展与应用也成为关注的焦点之一。目前,国内外智能车系统中的路径信息采集控制系统通常利用磁导航传感器来获取路径信息,但通常会在采集过程中出现路径位置阶跃现象从而无法确切计算实际行驶路程。本文设计的智能车路径信息采集控制系统在路径信息分析过程中采用了阈值分割的优化算法, 较好的解决了位置信息阶跃问题, 实现了普通摄像头的连续路径识别功能,使智能车的应用成为可能。通过大量实验测试,结果表明该智能车系统能够快速平稳地在赛道上跟踪黑色引导线行驶,且系统的稳定性和抗干扰能力较强。     

基于路径规划和双闭环控制的泊车系统研究

针对智能车辆垂直自主泊车的要求,采用分层自适应的方法设计了1种自动泊车系统,主要通过高精度的激光雷达进行车位的检测,运用轮速传感器进行车辆的定位,规划出了1条三段式泊车轨迹,并且采用了多路双闭环的控制算法对车辆进行轨迹跟踪控制.实验表明,该套系统可以有效地实现车辆的自主泊车,且控制精度高,系统稳定.     

板球系统的最优组合趋近律滑模控制

针对板球系统轨迹跟踪精度低、震荡大以及实时性差的问题,提出了一种基于遗传算法优化的组合趋近律滑模控制方案。首先运用Ackermann公式设计的滑模面来表达不连续的超平面;其次,在滑模前期采用指数趋近律来减小抖振幅度,后期运用变速趋近律使抖振收敛;最后,运用遗传算法来进行参数选定。实验结果表明,组合趋近律相对变速趋近律起始输出振幅降低了2.2,遗传算法优化后收敛时间较优化前减少了0.4 s。采用Lyapunov理论证明了控制器的稳定性,仿真验证了控制策略具有良好的动态品质和稳态性能,满足板球系统轨迹跟踪要求。     

高速大行程滚珠丝杠副智能测控平台的伺服控制

为了研究滚珠丝杠副的动态特性如定位精度、重复定位精度、速度及加速度跟踪、动态摩擦力矩、负载扰动、预紧力、疲劳性能、温升和机械振动等对滚珠丝杠副精度保持性能的影响,针对五轴联动加工中心高速大行程滚珠丝杠副设计了一套伺服电机+滚珠丝杠副高速运转、直线电机模拟负载扰动、多通道信号采集的智能精密测控试验平台;建立了测控平台时变参数不确定性和外力扰动的优化动力学模型;提出了基于遗传算法的自适应非线性PID双位置反馈的控制算法和速度、加速度前馈误差补偿的控制策略。试验结果表明,该控制策略具备小的跟踪误差、较强的抗干扰能力和稳定性,满足测控平台的试验需求。     

高速列车分布式速度协同跟踪控制方法研究

针对高速列车运行过程中受外界干扰而导致的各车厢速度不同步问题,提出了一种基于改进扰动观测器的高速列车分 布式速度协同跟踪控制一致性算法。 首先,建立高速列车分布式模型,其次,将高速列车与多智能体系统相结合,设计分布式速 度协同跟踪控制算法;同时利用改进的扰动观测器估计系统的复合未知扰动,并将其观测值反馈补偿给控制器,以消除复合未 知扰动对高速列车运行的影响;通过 Lyapunov 稳定性理论分别证明了控制器和观测器的稳定性。 最后,通过仿真对所提方法 进行验证,所提方法的速度跟踪精确度达到了 99. 9%。     

双耦合直驱力矩电机自适应RBF网络反演控制策略研究

电机作为机械手臂的核心元器件,已成为现代工业应用研究必不可少的技术,而双电机协同运动一直是该研究领域的一大热点.因此为解决多电机协同运动、精确位置跟踪和抗干扰等问题,以当下热门的直驱力矩电机组成双耦合电机系统作为研究对象;首先,进行了精确模型下的反演控制器设计和稳定性分析,证明所设计控制律稳定;其次,在未知模型下进行RBF网络反演控制器的设计,通过Lyapunov稳定性证明得到所设计系统稳定可靠;最后,以未知模型下的自适应RBF网络反演控制器为例,进行MTALAB/Simulink仿真分析可知:所设计控制器实现能够较好的位置跟踪、响应速度快,具有很好的应用研究价值.     

轨迹跟踪伺服系统的鲁棒复合控制

针对控制输入饱和受限且带有未知扰动的电机伺服系统,提出一种实现曲线轨迹准确跟踪的鲁棒复合控制方案。该方案引入一个参考信号生成器和一个扩展状态观测器,其中参考信号生成器可根据目标轨迹信号构造出对应的状态量,扩展状态观测器用于对系统的状态量和扰动进行估计,采用反馈与前馈相结合构成最终的控制律。利用Lyapunov理论对闭环系统的稳定性进行了严格分析。在MATLAB中进行了仿真研究,随后在一个DSP控制的永磁直线电机二维伺服平台进行了试验验证。结果表明:所提的控制方案能在轨迹跟踪任务中取得优越的瞬态性能和稳态准确性,而且对目标轨迹和扰动的幅值差异具有较好的鲁棒性。