电动助力转向系统H_∞鲁棒控制及其对操纵稳定性影响研究

针对电动助力转向(EPS)系统动态特性的要求,在考虑系统路面干扰、传感器噪声等不确定性因素的基础上,设计了一种基于H∞鲁棒控制的电动机电流H∞鲁棒控制器。建立了包括三自由度车辆模型及EPS系统模型的综合控制模型,并将汽车操纵稳定性、驾驶员路感以及EPS系统鲁棒性能作为控制目标构建了系统仿真模型。对所建立的电动助力转向系统与无助力转向系统进行了对比仿真,结果表明,所设计的H∞鲁棒控制器不仅对传感器噪声和路面干扰有明显地抑制效果,同时也能保证驾驶员拥有良好的路感,并明显地改善了汽车在高速行驶时的操纵稳定性。     

智能车自动换道横向控制策略的研究

对于具有干扰的系统,针对采用常规滑模控制方法控制精度不高及需要较大切换增益的问题,基于7自由度非线性车辆动力学模型设计了一种基于指数收敛干扰观测器的滑模转向控制器,跟踪智能车自动换道的期望横摆角速度。换道过程采用等速偏移加正弦函数换道模型,基于期望的换道轨迹获得了期望横摆角和横摆角速度。运用Lyapunov理论分析了自动换道系统的稳定性。MATLAB/Simulink仿真结果表明,所设计的自动换道滑模转向控制器能有效地利用干扰观测器和滑模控制的特点,提高跟踪精度,降低切换增益,削弱抖振,具有很好的鲁棒性。     

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。     

电动助力转向系统的鲁棒H∞控制研究

电动助力转向系统（Electric Power Steering,EPS）中,机械摩擦、传感器噪声和路面干扰等不确定因素将降低EPS的助力跟踪性能、转向轻便性和鲁棒稳定性。针对该问题,以电动助力转向的助力跟踪性能、转向路感和车辆操纵稳定性为控制目标,基于电压补偿控制,设计了鲁棒H∞控制器。利用MATLAB/SIMULINK搭建了EPS控制模型、二自由度整车模型、轮胎模型,在单位阶跃操纵力矩作用下,仿真对比了电压补偿控制和基于电压补偿的鲁棒H∞控制的仿真响应情况,结果表明基于电压补偿的鲁棒H∞控制具有更好的助力跟踪性能、转向路感和鲁棒稳定性。     

基于扩展干扰观测器的主动升沉补偿系统自适应鲁棒控制

针对不确定性及外部干扰下主动升沉补偿系统的非线性控制问题,提出一种基于扩展干扰观测器自适应鲁棒控制器。扩展状态观测器将外部扰动扩张成新的状态变量,利用输出反馈观测扩张的状态。基于反步法构建自适应控制器,结合拓展状态观测器处理系统方程存在的建模误差、外干扰、不确定性及参数不确定性。基于滑模控制方法,设计非线性滑模反馈律,从而提高系统在外部干扰下的鲁棒性能。最后,通过李雅普诺夫函数证明整个闭环系统的稳定性。基于升沉补偿电液伺服系统进行仿真实验,结果表明:所设计控制器在存在不确定性及外部干扰的情况下具有良好的控制精度及鲁棒性。     

基于整车模型的全局时变滑模变结构控制的EPS研究

建立了包括转向运动模型,被动悬架模型,轮胎模型,路面模型和电动助力转向系统(EPS)的整车模型.采用了一种具有全局鲁棒性的时变滑模变结构的控制策略,设计了电动助力转向系统控制器,它能够保证系统在任意时刻的状态都能处在设定的滑模面上,对参数扰动和外部干扰具有很强的鲁棒性,并在matlab/simulink里的仿真结果表明,与传统的PID控制相比,全局时变滑模变结构控制响应更快,跟踪性能更好,显著提高了转向轻便性和灵敏性.     

基于功能分配的EPS与ESP集成协调控制

考虑汽车电动助力转向系统(Electric power steering,EPS)与电子稳定程序(Electronic stability program,ESP)系统之间耦合动力学关系,在整车7自由度模型基础上建立高阶非线性动力学模型。分别对两系统设计局部最优控制器,对EPS设计为自回正力矩补偿的模糊自适应比例积分微分(Proportion integration differentiation,PID)控制器,同时引入助力转矩变化率负反馈实现阻尼控制,对ESP设计为变加权值的滑模控制器。为进一步提高整车全局控制性能,基于功能分配原理对两子系统控制输出量进行功能协调分配,采用模糊控制策略对EPS与ESP的功能分配系数进行优化选择。基于Matlab/Simulink软件,对此功能分配协调控制系统进行仿真,并采用硬件在环系统构建功能分配的两系统试验平台,进行道路模拟试验。结果表明,提出的控制策略较子系统单独控制、不加控制时均能够取得更好的效果,明显改善汽车行驶时的操纵安全性和侧向稳定性。     

多工况下侧偏角自适应联级滑模观测

轮胎侧偏特性是汽车动力学稳定性控制的基础,轮胎侧偏角是用来表征车辆侧向状态稳定性的重要参量。基于动力学模型的轮胎侧偏角观测方法,在复杂工况下因侧倾转向和变形转向的影响而精度变差,为此提出一种基于自适应双曲正切滑模观测器理论的新型联级观测算法。在车辆的二自由度模型基础上,利用CarSim与Simulink建立车辆联合仿真模型。针对双移线和紧急避障两种典型工况,对比分析了滑模观测算法和自适应双曲正切滑模联级观测算法的侧偏角误差值。结果表明：在不同工况下自适应滑模联级观测算法与滑模观测算法相比,观测误差最大可有效降低61.44%,充分体现算法具有更高的准确性与鲁棒性。     

基于神经网络干扰观测器的终端滑模飞行控制设计

针对具有不确定的非线性多输入多输出系统,利用径向基神经网络设计非线性干扰观测器,并基于所设计的干扰观测器提出了终端滑模控制方法,同时应用于六自由度无人机的鲁棒飞行控制器设计。仿真结果证明了该控制方案的有效性和鲁棒性。     

电动助力转向与主动悬架集成系统动态性能智能控制

针对汽车电动助力转向与主动悬架集成系统控制的复杂性、不确定性及非线性,应用灰色预测理论、模糊控制理论和神经网络控制理论,提出电动助力转向与主动悬架集成系统动态性能灰预测模糊神经网络控制策略,研究集成系统的动态响应,设计以单片机LPC2138为内核的集成系统控制器。在仿真的基础上,进行实车道路试验。结果表明,采用灰预测模糊神经网络控制可对汽车电动助力转向与主动悬架的集成系统进行实时协调控制,汽车行驶平顺性改善的同时,缓解汽车转向时安全性与操纵稳定性之间的矛盾,提高整车综合性能。     

基于干扰观测器的AUV垂直面等效滑模控制

为提高欠驱动自主水下机器人在外部干扰影响下的垂直面定深控制性能,设计一种基于干扰观测器的等效滑模控制器。遵循实际状况简化欠驱动自主水下机器人的垂直面模型,通过简化模型建立其状态方程;构造干扰观测器,基于干扰观测器设计系统的等效滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性。仿真结果表明：当存在外部干扰时,该控制器相比传统的滑模控制器能够更好地实现水下机器人的垂直面定深控制,具备良好的抗干扰性能。     

基于LMI的EPS干扰抑制控制器的设计

电动助力转向(EPS)系统工作过程中存在量测噪声、非线性摩擦和路面扰动。为抑制这些干扰因素对EPS系统和汽车操纵稳定性的影响,建立了EPS非线性动力学模型。引入H∞控制算法,并结合线性矩阵不等式(LMIs)方法设计了最优H∞动态反馈控制器,采用三自由度整车模型进行控制器的仿真验证。仿真分析结果表明,在所设计的控制器的作用下,路面扰动对汽车质心侧偏角和横摆角速度的影响分别减少了63.4%和68.7%。     

基于神经网络观测器的机械臂力/位置控制

针对机械臂末端运动受约束的力/位置控制中无法精确建模、模型具有外界干扰和关节角速度不可测等问题，设计一种基于神经网络观测器的补偿控制系统。首先，通过解耦力和位置控制，得到降阶动态模型。然后，利用神经网络速度观测器对关节速度在线估计，并用神经网络对降阶动力学模型中的不确定项进行逼近补偿滑模控制器。最后，基于Lyapunov稳定性理论证明系统稳定性，并对二连杆机械臂进行仿真。仿真结果表明所设计的控制系统的有效性。     

基于PID控制的混合动力客车循环球式EPS建模与仿真

建立了混合动力客车用循环球式电动助力转向系统(EPS)主要模块的数学模型,并在此基础之上,结合汽车二自由度模型得出EPS系统动力学方程。助力电机采用PID控制,结合汽车操纵稳定性判据,对所建立的模型稳定性进行判断。通过改变PID控制系数,得到控制系数对汽车操纵稳定性的影响规律。     

四辊卷板机侧辊位移跟踪控制

针对四辊卷板机侧辊位移跟踪控制存在负载变化、参数摄动和未建模动态等不确定性问题,提出一种基于非线性扰动观测器的自适应滑模控制策略。采用非线性扰动观测器在线获取并补偿等效扰动;针对引入非线性扰动观测器后的系统,采用反步法设计自适应滑模控制器,利用自适应律动态补偿扰动观测误差,以降低滑模控制器的切换增益。该设计方法放宽了滑模切换增益对系统不确定性上界的先验性要求,降低了外界干扰和系统不确定性对侧辊位移跟踪性能的影响。同时,采用李雅普洛夫方法证明了侧辊位移跟踪闭环控制系统的稳定性。根据工程实际参数进行仿真,结果表明,该控制策略对系统的不确定性,特别是负载变化具有较强的鲁棒性,可以满足侧辊位移快速、精确跟踪的要求。     

欠驱动AUV基于干扰观测器的滑模控制

为了提高欠驱动自主水下机器人在外部干扰影响下的航向跟踪控制性能,设计一种基于非线性干扰观测器的滑模控制器.有条件地简化欠驱动自治水下机器人的水平面模型,建立简化模型的状态方程;构造非线性干扰观测器,设计基于干扰观测器的滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论确保闭环系统的稳定性.仿真结果表明:存在外界干扰的情况下,基...     

基于Dspace轻型货车EPS系统控制策略研究

针对传统的PID控制策略不能够适应汽车转向时多变的复杂工况,导致汽车转向性能降低的问题,采用独立于系统参数和干扰的滑模控制策略,对轻型货车电动助力转向系统进行研究,通过离线仿真确定滑模控制策略的趋近律系数并和参数整定后的PID控制策略进行仿真对比,然后结合基于Dspace的试验台架完成对滑模控制策略的试验验证.结果 表...     

线控转向系统滑模控制策略研究

针对线控转向系统的控制问题,通过Matlab/Simulink软件搭建了整车控制仿真模型,其中包括七自由度整车动力学模型、"魔术公式"轮胎模型、预瞄最优化神经网络驾驶员模型,并基于二自由度车辆模型设计了理想传动比、最优滑模面的滑模控制算法以及消除抖振的滤波算法;然后进行了操纵稳定性试验仿真,并与前述仿真模型改用PID控制算法以及无控制仿真结果进行对比分析。结果表明:滑模控制下的线控转向系统可以更好地追踪理想值,提高了汽车的操纵稳定性、驾驶轻便性。     

四旋翼不确定干扰前馈补偿与反步滑模姿态控制

针对四旋翼控制中由外部不确定干扰和系统参数不确定引起的具有时变特性的不确定界干扰问题,设计一种不确定干扰前馈补偿的反步滑模姿态抗干扰控制方法。采用牛顿欧拉方法建立带不确定干扰的四旋翼6自由度动力学模型,然后采用非线性干扰观测器对姿态系统中的不确定干扰进行观测估计,进而基于不确定干扰估计量的前馈补偿设计反步滑模控制器,最后通过Lyapunov理论验证了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可以有效解决外部干扰和系统参数不确定导致的系统高阶不确定性问题,实现不确定干扰下的四旋翼鲁棒控制,同时改善传统滑模中控制输入不连续的情况。通过仿真与抗干扰飞行实验验证了所设计的控制策略在应对快时变特性干扰时具有较好的鲁棒性。     

乘用车主动前轮转向系统的控制研究

在电动助力转向系统的基础上设计了一种全新的主动前轮转向系统,不仅可以实现转向系统的变传动比,而且还可以弥补转向干预时方向盘力矩的突变。建立了整车动力学模型以及转向盘反力矩模型,设计了模型参考变结构滑模控制器以及转向干预时的力矩补偿控制策略。仿真结果表明,基于主动前轮转向的模型参考变结构滑模控制器能够较好地实现实际车辆对理想车辆的跟踪,可以有效地避免行车过程中人为因素造成的不必要的事故;此外基于电动助力转向系统的力矩补偿控制能较好地改善转向盘反力矩突变导致的驾驶员不适应。