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。     

基于自适应模糊滑模控制的机器人轨迹跟踪算法

针对控制参数的不确定性以及存在未知外部扰动情况下移动机器人的轨迹跟踪问题,提出一种基于光滑非线性饱和函数的自适应模糊滑模轨迹跟踪控制算法。通过建立不确定非线性移动机器人运动控制模型,利用自适应模糊逻辑系统构建自适应模糊滑模控制器。为了增强轨迹跟踪控制算法对随机不确定外部扰动适应能力的同时削弱滑模控制算法中的输入抖振现象,利用有界输入有界输出(BIBO)稳定的方法,通过带有自适应调节算法的模糊系统对滑模控制律中非线性函数项进行自适应逼近,并设计了模糊系统中可调参数的自适应控制律,保证了控制系统的稳定与收敛。实验结果表明,所设计的控制器对系统参数不确定性和外界扰动均具有较强的轨迹跟踪性能和鲁棒性。与传统的滑模控制算法相比,该算法不仅能有效减小输入抖振而且轨迹跟踪控制精度提高了18.89%。     

基于线性与非线性模型的水轮机调速器PID参数优化比较

分别推导出了基于线性模型和非线性模型的水轮机调节系统闭环比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制的微分方程。以水轮发电机组转速偏差相对值的时间乘误差绝对值积分指标作为粒子群优化算法的适应度函数,分别实现了采用这2种不同数学模型的水轮机调速器PID参数的优化设计。计算结果表明,PSO优化算法对于非线性系统控制参数的优化设计是一种有效的方法;采用不同数学模型的水轮机调节系统,其PID参数的优化结果是不同的;水轮机调节系统采用非线性模型时的优化结果相对较好。     

基于二次型价值函数的双电机转矩同步系统有限集模型预测控制

在多电机系统有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)中,随着电机数量的增加,加权求和型价值函数中权重系数的数量也随之增加,整定变得困难。对此,在对双电机转矩同步系统进行统一建模的基础上,通过构造二次型价值函数,将3个权重系数的整定问题转化为1个权重系数矩阵的求解问题。在二次型价值函数中应用由离线求解算法得到的权重系数矩阵能够保证系统的李雅普诺夫稳定性,从而可在连续控制周期内保证各误差收敛。在齿轮传动双电机转矩同步控制系统实验平台上对该算法进行实验验证,结果表明:将离线自整定后的权重系数矩阵用于二次型价值函数中,能使FCS-MPC控制下电机的跟踪误差和同步误差具有良好的收敛性。从理论和实验上证明了基于二次型价值函数的FCS-MPC算法能保证各电机较好的跟踪性能和转矩同步性能,同时该控制策略为拓展到多电机系统提供了可能。     

基于遗传算法寻优的双电机控制系统研究

针对多电机系统存在非线性、强耦合、时变性等特点,为提高双直线电机同步驱动运动平台的控制性能与同步性能,基于偏差耦合策略与模糊控制原理建立了双电机同步控制系统控制模型,并针对常规PID调节参数精确度低与鲁棒性差等缺点,采用自适应遗传算法对PID速度控制器参数进行优化,在Matlab/Simu-link环境下对系统进行仿真验证所设计方案合理性。仿真结果表明,所设计的通过优化算法优化后的PID控制器具有更好的控制精度与动态性能并能快速准确地调整双轴间同步误差,且系统具有较高鲁棒性,适合工程应用。     

永磁直线伺服系统非线性自适应鲁棒控制器设计

对永磁直线伺服系统提出非线性自适应鲁棒控制器的设计方法。在永磁直线伺服系统非线性数学模型的基础上,为实现对速度和电流的准确跟踪,建立了误差系统的动态模型。将跟踪和干扰抑制归结为非线性自适应鲁棒控制器设计问题,通过构造存储函数得到包含电阻辨识算法的自适应鲁棒控制器的定理,证明定理给出的控制器能满足干扰抑制和系统的渐进稳定。仿真结果表明,用该方法设计的系统能很好的抑制扰动和跟踪给定,满足对高性能永磁直线伺服系统控制的要求。     

基于模糊动态代价函数的永磁同步电机有限控制集模型预测电流控制

提出一种基于模糊动态代价函数的有限控制集模型预测电流控制方法。分析了dq轴电流及开关次数三个控制目标权重分配不同对电流控制性能的影响,针对传统有限控制集模型预测电流控制中代价函数的dq轴电流项无针对性优化的状况,通过判断转速偏差及转速变化率,应用模糊算法对权重系数进行多目标动态优化分配,并给出模糊论域和相应的模糊推理规则设计。该方法提高了动态过程中系统电流响应速度,优化了逆变器开关频率,改善了不同权重系数下系统动态性能和稳态裕度相互制约的状况。仿真和实验结果均证明了所提方法的有效性。     

脉冲发电机鲸鱼优化自适应PID励磁控制

针对大惯性脉冲发电机励磁控制问题,提出了鲸鱼优化的自适应PID控制方法。根据脉冲发电机的工作特点和励磁控制的基本要求,从考虑反映发电机参数随转速变化的二阶有名值模型出发,建立了脉冲发电机简化的单输入单输出线性励磁控制系统。对该系统采用基于经典控制理论的PID控制方法,为提高系统的响应时间和控制精度,设计了参数随误差自动调节的参数自适应PID控制。对于参数调整系数的整定,构建了以时间权重误差积分为优化目标,参数调整系数为优化变量的优化问题,并使用鲸鱼优化算法(WOA)进行求解。最后,对控制方法进行仿真,并与鲸鱼优化PID相比,空载起励阶跃响应的上升时间从1.21 s提高到了0.88 s,稳态误差两者相当;负载时,上升时间从2.01 s提高为1.60 s,稳态误差从4.04%降低为1.96%。仿真结果证实了所提方法的有效性。     

飞行模拟转台的反推滑模控制优化设计

研究存在参数摄动及非线性摩擦补偿的飞行模拟转台跟踪控制问题。利用自适应全局滑模变结构控制和反推控制,实现了伺服系统虚拟转速和位置跟踪控制,提出了飞行模拟转台的自适应反推全局滑模变结构控制方案,设计非线性干扰观测器对电机不确定非线性干扰进行观测,运用Lyapunov稳定性定理和Barbalat定理证明了系统的稳定性。采用一种改进的自适应粒子群算法在约束域中对控制器参数进行优化整定,仿真结果表明了所提方法的有效性。     

基于GPIO的永磁同步电机模型预测转矩控制

在永磁同步电机模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)中,由于目标函数控制变量的量纲不同,为了在代价函数中选取最优的权重系数,提出一种改进高斯变异鸽群算法(Gaussian mutation pigeon-inspired optimization algorithm, GPIO)实现权重系数自整定。首先,基于代价函数最小化原则设计PIO的目标函数,用电流id、iq脉动误差均方根评价权重系数。其次,在传统高斯变异算子的基础上引入自适应调整动态参数实现变异。仿真和实验结果表明,将改进后的算法应用于永磁同步电机模型预测转矩系统,能在较少的迭代次数内整定出最优的权重系数,极大地降低了转矩误差和电流谐波畸变率。