半挂汽车列车高速侧倾稳定性控制研究

针对半挂汽车列车高速行驶易发生侧倾失稳现象,提出了一种挂车主动转向控制方法。建立挂车主动转向半挂汽车列车的五自由度动力学模型,基于最优控制技术设计了主动转向控制器。利用MATlAB软件编写了基于单点预瞄驾驶员模型的闭环运动仿真程序,对半挂汽车列车进行了运动学和动力学仿真研究。研究表明,挂车主动转向可显著提高半挂汽车列车的侧倾稳定性,但也在一定程度上牺牲了挂车的路径跟踪性能和汽车列车的横摆稳定性能。     

重型半挂汽车列车主动转向控制策略研究

为了提高重型半挂汽车列车的高速操纵稳定性,基于模糊控制和PID理论,提出了一种牵引车加挂车主动转向控制策略。首先,在MATLAB/Simulink软件中建立三轴重型半挂汽车列车的三自由度线性模型,并对模型有效性进行验证;其次,以三自由度线性模型与TruckSim非线性模型的牵引车横摆角速度偏差及偏差变化率为输入,设计了牵引车后轮主动转向模糊控制器,同时,以挂车横摆角速度偏差设计了挂车车轮主动转向PID控制器;最后,利用MATLAB/Simulink与TruckSim进行联合仿真,分别对牵引车加挂车主动转向控制、牵引车主动转向控制和传统无控制车辆进行双移线工况及重型铰接式车辆后部放大(Rearward Amplification, RWA)性能测试。结果表明,所设计的牵引车加挂车主动转向控制策略相比传统无控制车辆优势明显,有效减小了车辆横摆角速度、质心侧偏角和铰接角等值,牵引车与挂车最大横向位移偏差分别降低了13.75%和29.17%,且RWA比率降低了13.32%,显著提高了重型半挂汽车列车的高速路径跟踪性能及操纵稳定性能。     

一种汽车列车结构及其路径跟踪控制方法

为解决现有城市交通拥挤问题,满足城市居民生活及工作的乘车需求,综合轨道车辆单程运输量大和传统铰接车辆基础建设成本低的特点,提出一种多铰接式汽车列车。该汽车列车可灵活编组,具有大容量、单程运输效率高、因结构纵向对称且采用轮速差速运动控制、行驶灵活度高等优点。研究适用于该车型的路径跟踪控制方法,采用非时间因素的控制策略,设计汽车列车各轴轮速控制律,并构建李雅普诺夫函数,采用李雅普诺夫直接法证明路径跟踪偏差逐渐递减,即汽车列车能够沿目标路径行驶,且该方法不受车厢数量限制,可使汽车列车灵活编组。最后,建立多铰接式汽车列车路径跟踪仿真模型,分别对直线路径、圆弧路径、正弦路径进行跟踪控制,仿真结果证明采用非时间参考的跟踪控制方法,能够控制列车对多种路径跟踪。     

半挂汽车列车操纵稳定性仿真研究

通过建立半挂汽车列车的动力学模型,对其进行拉氏变换,求出系统的传递函数;改变半挂汽车列车的使用和结构参数,利用MATLAB编程进行数字仿真,通过系统的传递函数求出其根轨迹;再根据根轨迹变化趋势,判断系统是否稳定及稳定裕度的大小;结果表明:车速、轮胎侧偏刚度、牵引车与挂车的质量、挂车质心到铰接点的距离、牵引车质心到铰接点的距离等参数,对半挂汽车列车操纵稳定性的影响程度不同,选择合理的参数可以提高半挂汽车列车的操纵稳定性。     

低附着路面转弯工况下半挂汽车列车横向稳定性控制

针对低附着路面半挂汽车列车转弯稳定性差的问题,依据车辆动力学和控制理论对半挂汽车列车转弯控制策略进行分析研究.应用TruckSim软件建立包括传动系统、转向系统、制动系统、悬架系统、空气动力学、轮胎、车体7大子系统的半挂汽车列车模型,并在MATLAB/Simulink中建立ESP和AFS集成控制器,采用联合仿真方式对低附着路面转弯时车辆的稳定性进行分析.结果 表明:提出的AFS和ESP的集成控制策略有效地提高了半挂汽车列车在低附着系数路面转弯工况的横向稳定性,避免了侧滑、折叠等失稳现象.     

铰接系统减振器对虚拟轨道车辆动力学性能的影响

虚拟轨道车辆作为新型轨道交通，由于多节编组结构导致车辆自由度较多，可能会出现甩尾、横摆、折叠等不稳定现象，影响车辆行驶稳定性和平稳性。虚拟轨道车辆通过铰接系统进行连接，铰接系统阻尼较小，车辆易出现跑偏、失稳等情况，阻尼较大，则会降低列车的灵活性。基于某三模块六轴虚拟轨道车辆实际参数，建立车辆系统动力学模型，选择直线、换车道以及1/4圆曲线等典型工况，通过联合仿真等方法分析铰接阻尼对车辆动力学性能的影响。研究结果表明：直线工况下，增大阻尼系数能够有效抑制车辆的横摆角加速度，提高车辆的横向平稳性；在B级路谱、70 km/h工况下，阻尼系数为107N?s/m时，横向平稳性相比未安装铰接减振器降低14.1%，但对车辆垂向平稳性影响较小。换车道工况，阻尼系数过大或过小均会使列车的横向稳定性恶化，合理的阻尼系数将提高车辆的横摆阻尼比，减小车辆间的横向摆振，从而控制后部放大系数和轨迹偏移量；阻尼系数为107N?s/m时，后部放大系数显著减小，且轨迹偏移量由0.724 m降至0.511 m，减小29.4%。1/4圆曲线工况，增设铰接系统减振器将降低车辆的曲线通过性能，当阻尼系数为107N?s/m时，转...     

智能汽车路径跟踪混合控制策略研究

针对传统单一控制算法无法有效协调智能汽车不同转向工况下横向控制性能要求的问题,根据智能汽车在高速和低速转向工况下呈现出的系统特性差异,设计了一种基于PID控制和模型预测控制的智能汽车路径跟踪混合控制策略。该控制策略在低速模式下采用PID控制,在高速模式下则采用模型预测控制,通过车辆速度确定路径跟踪控制模式,进而设计带稳定监督的控制模式切换机制,实现了横向控制系统的平滑切换。基于Carsim和MATLAB/Simulink仿真平台对所设计的智能汽车路径跟踪混合控制策略进行了仿真验证,在此基础上,进一步完成了实车试验。仿真和实车试验结果表明,所设计的混合控制策略能够保证智能汽车不同速度下的路径跟踪性能,具有较好的跟踪精度、实时性和车辆行驶稳定性。     

半挂汽车列车横向稳定性的模糊控制

引入Gim轮胎模型建立了半挂汽车列车的非线性动力学模型。以牵引车横摆角速度为控制变量,提出了半挂汽车列车直接横摆力矩的模糊控制方案,基于模糊控制技术设计了模糊控制器。借助MATLAB／Simulink,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,高速转角大转向时,直接横摆力矩的模糊控制器能保证半挂汽车列车的侧向稳定性。     

基于特征值判定法铰接车行驶稳定性建模分析

铰接式车辆由于前后车体为非刚性连接,铰接形式导致了附加的自由度,因此横向"刚度"较弱,直线行驶过程中,车速增高易造成横向摆振,行驶稳定性变差,出现"蛇行"失稳现象。基于铰接式车辆的简化模型,建立三自由度动力学数学模型。根据李亚普诺夫稳定性判定方法,由特征值判定铰接车稳定性特征。分析不同质心位置、转向参数、轴距、质量等参数对特征值和铰接角的影响,以此分析对整车行驶稳定性的影响。分析结果表明:当车速大于7m/s时,特征值实部出现正值,开始出现蛇形不稳定现象,速度越大,不稳定现象越明显;当前后车体质心越靠近铰接点,转向刚度和阻尼越大,后两轴轴距越大,后车体质量增大有利于铰接车的行驶稳定稳定性     

四轮转向半挂汽车列车横向稳定性的模糊PID控制

提出直接横摆力矩与四轮转向集成的控制方案。建立了四轮转向半挂汽车列车的四自由度非线性动力学模型,以零侧偏角为控制目标确定半挂汽车列车牵引车后轮转角,以牵引车横摆角速度为控制变量,基于模糊PID控制技术设计了直接横摆力矩模糊控制器。借助Matlab/Simulink软件,对该集成控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速大转向时,该四轮转向直接横摆力矩集成控制器能得到较好的输出响应,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响应均能很快稳定,可显著提高半挂汽车列车的操纵稳定性。     

Multi-objective stability control algorithm of heavy tractor semi-trailer based on differential braking

Rollover and jack-knifing of tractor semi-trailer are serious threats for vehicle safety,and accordingly active safety technologies have been widely used to reduce or prevent the occurrence of such accidents.However,currently tractor semi-trailer stability control is generally only a single hazardous condition (rollover or jack-knifing) control,it is difficult to ensure the vehicle comprehensive stability of various dangerous conditions.The main objective of this study is to introduce a multi-objective stability control algorithm which can improve the vehicle stability of a tractor semi-trailer by using differential braking.A vehicle controller is designed to minimize the likelihood of rollover and jack-knifing.First a linear vehicle model of tractor semi-trailer is constructed.Then an optimal yaw control for tractor using differential braking is applied to minimize the yaw rate and lateral acceleration deviation of tractor,as well as the hitch articulation angle of tractor semi-trailer,so as to improve the vehicle stability.Second a braking scheme and variable structure control with sliding mode control are introduced in order to achieve the best braking effect.Last Fishhook maneuver is introduced to the active safety simulation and the active control system effect verification.The simulation results show that multi-objective stability control algorithm of semi-trailer could improve the vehicle stability significantly during the transient maneuvers.The proposed multi-objective stability control algorithm is effective to prevent the vehicle rollover and jackknifing.     

时变漂角下USV直线路径跟踪控制器设计与验证

为了解决"蓝信"号无人水面艇在真实海洋环境中的直线路径跟踪的精确控制问题,在考虑到实际航行中存在时变漂角的情况下,设计并验证了一种基于LOS制导算法的无人水面艇直线路径跟踪控制方法。以"蓝信"号无人水面艇的操纵运动模型及辨识的参数为基础,将LOS制导算法与模糊自适应PID航向跟踪控制相结合,设计了一种考虑时变漂角的无人水面艇直线路径跟踪控制器,仿真结果验证了该方法的可行性。最后,通过蓝信号无人水面艇在大连海事大学凌水校区外部海域的实船实验,验证了该方法应用在实际工程中的正确性和有效性,降低了真实海洋环境下实际航迹跟踪过程中时变漂角对航迹跟踪控制精度的影响。     

基于单片机的太阳跟踪控制系统设计

传统的太阳跟踪方式多采用光电跟踪或视日运动轨迹跟踪控制方式,存在着跟踪精度低、有累积误差等缺点。为了改进对太阳的跟踪精度和消除累积误差,提高太阳能的利用率,设计了一种基于Atmega16单片机为控制核心的跟踪控制系统,采用光电跟踪和视日运动轨迹跟踪互补的控制方式。在跟踪策略上,晴天采用光电跟踪,阴天采用视日运动轨迹跟踪,实现了全方位、高精度、全天候的实时精准跟踪。试验结果表明,该控制系统工作性能稳定,实现了实时精确的太阳跟踪。     

基于矢量场法的无人机三维路径跟踪控制

为实现固定翼无人机自主跟踪预定的三维路径,提出了一种基于矢量场法的三维路径跟踪算法.建立了固定翼无人机的运动学模型,并介绍了用于三维路径跟踪的矢量场法,分别推导得出了直线路径和螺旋线路径跟踪所需的期望速度矢量,得到跟随路径所需的期望航向角和航迹角,为无人机横向通道控制和纵向通道控制提供输入,将无人机引导到预定的轨迹上.此外,针对航段切换问题,提出了一种基于圆角几何的切换策略,采用螺旋线来拟合相邻航段,根据无人机是否通过半平面作为切换准则,实现无人机平滑过渡相邻航段.通过仿真实验评估该算法在不同初始条件下的性能,结果表明该方法能使无人机跟踪预定的三维路径,且具有良好的跟踪性能.     

激光跟踪仪精密跟踪系统的设计

对激光跟踪仪的跟踪伺服控制系统进行了整体研究并给出了总体设计方案。针对跟踪目标的精密探测问题,研究了新型探测手段以及微弱光电信号的精细调理技术与数字滤波方法,使得脱靶量探测稳定性优于±2.0μm。针对跟踪角度精密测量问题,设计了圆光栅数据采集系统,实现了角度脉冲的细分、辨向与准确计数;基于谐波分析方法建立了跟踪过程中的误差补偿模型,将角度测量精度由3.5″提高到1.5″。建立了跟踪伺服电机的数学模型,分析了电流环在跟踪控制中的作用机理,提出了电流、速度、位置三闭环控制结构和复合跟踪控制策略。跟踪实验表明:系统最远跟踪距离不小于41.7m,跟踪速度不低于2.0m/s。该项技术还能为空间动态目标跟踪、激光通信等提供有益借鉴。     

基于PID控制算法的半挂列车防抱死制动系统的仿真

本文通过对半挂列车防抱死制动系统的研究,利用PID算法建立数学模型,并通过matlab软件仿真,结果得出基于PID控制算法的半挂列车防抱死制动系统的各种动态参数、响应理想,可广泛应用。     

基于T-S模糊变权重MPC的智能车轨迹跟踪控制

为了协调智能驾驶车辆的轨迹跟踪精确性和稳定性,提高控制算法对不同工况的自适应能力,提出基于Takagi-Sugeno模糊变权重模型预测控制(Takagi-Sugeno fuzzy model predictive control,T-S FMPC)的轨迹跟踪控制策略。以前轮转角为控制变量建立MPC控制,并以实时横向位移误差和横摆角误差为模糊输入,通过T-S模糊控制在线优化MPC目标函数权重,协调权重矩阵对轨迹跟踪精确性和稳定性的影响。基于Carsim建立分布式驱动电动汽车的整车动力学模型,基于Simulink建立控制策略,通过双移线工况仿真及实车试验,验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,相比于传统MPC控制,所提出的T-S模糊变权重MPC控制可降低横向位移误差达62.24%,有效提高轨迹跟踪精度;并且可使前轮转角波动减小37.46%、横摆角误差减小84.19%,显著增强轨迹跟踪稳定性;试验结果表明,在20 km/h、沥青路面双移线工况下,横向位移误差在0.12 m以内,横摆角误差在1°以内,且前轮转角控制曲线平滑,说明所提算法具有良好的控制效果和实用性。     

基于双PWM变换器的永磁直驱风电系统控制策略研究

针对基于双PWM变换器的永磁直驱风电系统的控制问题,对该风电系统电机侧变换器、电网侧变换器的控制策略进行了详细的分析,提出了一种桨距角控制策略,并基于Matlab/Simulink对永磁直驱风电系统进行了仿真。仿真结果表明,永磁直驱风电系统能够在不同风速下稳定运行,在额定风速以下可实现风能的最大功率跟踪,在额定风速以上通过桨距角控制能将风机系统的功率输出限制在额定值附近。研究结果验证了所提出的桨距控制策略的可行性。     

永磁同步电机位置伺服系统改进变结构自抗扰控制

为进一步提高传统变结构自抗扰控制器的控制精度,增强永磁伺服驱动系统的抗干扰能力,提出一种改进变结构自抗扰控制策略。该方法在基于变结构原理设计的扩张状态观测器中引入位置、速度的观测误差以实现状态变量的无差估计,采用基于指数趋近律设计的非线性状态误差反馈控制律实现线性控制与非线性控制的平滑过渡,并在此基础上引入位置跟踪误差,提高伺服系统的跟踪性能。通过实验分析比较了改进变结构自抗扰控制与传统变结构自抗扰控制两种控制策略,结果显示改进控制策略较传统控制策略的位置跟踪误差减少了约30%。当负载突变时,传统控制策略的跟踪误差约为负载突变前最大跟踪误差的3.4倍,而改进变结构自抗扰控制策略仍能准确跟踪给定信号。     

基于单片机的拖拉机电液悬挂控制系统的设计

在拖拉机原有液压悬挂机构基础上,以80C196KC单片机为控制核心,改进设计了电子液压悬挂控制系统。详细说明了系统总体结构、硬件结构和软件框架的设计。通过试验证明该系统可达到工作要求,降低驾驶员劳动强度。