静液传动混合动力车辆再生制动研究

为了使发动机工作在最佳效率区并可在车辆减速过程中回收制动能量,以提高车辆的燃油经济性,对并联式静液传动混合动力车辆(PHHV)主要部件的设计准则进行了研究,结合静液传动能量再生系统功率密度大的特点,分析了静液传动混合动力车辆在城市行驶工况下的制动特征,针对PHHV提出了一种新的再生制动控制策略.仿真和试验结果表明:所设计的驱动系统参数匹配较为合理,液压再生制动控制系统可以合理地分配液压再生制动转矩和传统摩擦制动转矩的比例关系,在确保制动安全性的前提下高效地回收制动动能.     

静液传动混合动力车辆驱动系统优化匹配

为了解决通用优化算法无法有效计算静液传动混合动力车辆驱动系统优化匹配时设计变量具有复杂约束的问题,建立液压泵/马达排量与其转速范围的规则知识库,采用基于该规则知识库的自适应模拟退火遗传算法,对轮边驱动静液传动混合动力车辆的驱动系统关键元件及系统参数进行优化匹配.对优化后的混合动力车辆的节能和动力特性进行仿真分析,并采取...     

基于鲁棒观测器的肘关节鲁棒自适应控制

针对伺服阀控制的、双螺旋副传动的七功能机械手肘关节存在液压系统强非线性、易受外界环境温度和压力变化引起的参数不确定性、外界未知强干扰和仅有位置和油液压力状态反馈的控制特点,提出基于鲁棒观测器的输出反馈鲁棒自适应控制方法.该方法利用反演控制器设计方法对耦合的不确定系统参数和未知状态进行解耦,结合鲁棒观测器和鲁棒自适应控制器设计方法分别对未知状态和不确定参数进行观测和估计,使用李雅普诺夫稳定性理论保证了系统全局渐进稳定的控制性以及系统状态的有界性,解决了同时存在系统参数不确定性和部分未知状态相耦合的鲁棒控制问题.以国家高科技发展计划4 500m深海作业系统的七功能主从液压机械手肘关节作为研究对象,使用提出的控制方法进行在未知外界干扰下的对比研究.实验结果表明,闭环系统可以很好地跟踪参考轨迹,具有较强的鲁棒性,能够获得令人满意的稳态精度和动态性能;修正后的参数自适应律能够保证在外界未知干扰下估计参数的有界性.     

航天器姿态跟踪的非线性离散滑模仿真模型设计

为提高三轴稳定刚体航天器对时变参数摄动及外界环境干扰的鲁棒性能,提出一种基于非线性离散滑模控制的姿态跟踪控制系统设计方法.建立了航天器姿控模型,针对该模型中存在的时变特性与干扰力矩,将原系统进行反馈线性化解耦和模型离散化,由离散指数趋近律推导了离散滑模姿态控制律.依据某航天器的模型数据进行的仿真结果表明,所设计的离散滑模姿控系统在确保航天器姿态稳定的同时,实现了各通道的解耦控制,可有效减小干扰引起的姿态角跟踪偏差,对系统外干扰和内部参数摄动都具有良好的鲁棒性能,同时还验证了对指令跟踪的动态性能与采样周期的关系.     

鲁棒H_∞/H_2控制在水下热动力参数摄动系统中的应用

针对开式水下循环热动力系统动态性能要求很高及动力装置结构参数摄动十分严重的特点 ,采用结构参数摄动系统 H∞ /H2 线性状态反馈控制器的设计方法 ,设计了开式循环三组元水下热动力系统控制器。仿真结果表明 ,该控制器实现了 H∞ 控制与 H2 控制优势的互补 ,控制系统具有良好的鲁棒稳定性、抗干扰能力及动态响应品质。     

基于定量反馈理论的攻击型无人机鲁棒飞行控制系统设计

针对攻击型无人机这一类参数大范围时变并且带有参数有界不确定性的对象,提出了一种基于定量反馈理论(Quantitative Feedback Theory,QFT)与预定增益控制理论相结合的飞行控制系统设计新方法,并基于该方法设计了攻击型无人机俯仰通道鲁棒飞行控制系统。仿真结果表明,所设计的飞行控制系统对于无人机全飞行包线内参数变化及参数有界摄动具有强鲁棒性。     

鲁棒H∞／H2控制在水下热动力参数摄动系统中的应用

针对开式水下循环热动力系统动态性能要求很高及动力装置结构参数摄动十分严重的特点,采用结构参数摄动系统H∞／H2线性状态反馈控制器的设计方法,设计了开式循环三组元水下热动力系统控制器。仿真结果表明,该控制器实现了H∞控制与H2控制优势的互补,控制系统具有良好的鲁棒稳定性、抗干扰能力及动态响应品质。     

电磁轴承的H∞鲁棒-模糊控制器设计

电磁力非线性,转子的动态特性复杂性及模型参数不准确是电磁轴承控制器设计不可回避的问题.考虑了电磁轴承气隙、励磁电流、转速、温度对电磁力影响及转子动态性能复杂性和模型参数摄动,结合T-S模糊模型利于解决非线性特点及H∞鲁棒控制方法抑制扰动强鲁棒性特点,设计了H∞鲁棒-模糊电磁轴承控制器.实验表明:采用H∞鲁棒-模糊控制器,电磁轴承系统具有较好的动态性能和鲁棒性能,削弱了电磁力非线性、转子的动态特性及系统参数摄动对系统性能的影响.     

放宽静稳定性高超声速飞行器的增稳控制方法

放宽静稳定性可以解决高超声速飞行器在高超声速飞行时正稳定裕度过大的问题,但是会造成亚声速飞行阶段飞行器稳定性下降。针对高超声速飞行器在亚声速飞行时稳定性不足的问题,采用经典反馈控制和LQ最优控制方法,设计了2种不同的增稳控制系统并应用于放宽静稳定后的高超声速飞行器。数值仿真结果表明,LQ最优控制增稳系统较经典反馈增稳控制系统具有更好的动态增稳效果和更强的鲁棒性能,因此LQ最优控制下的增稳系统拥有更好的增稳效果和更理想的抗鲁棒特性。     

离散极点配置控制系统的鲁棒稳定性分析

本文给出了以状态空间方程表达的受有线性或非线性摄动的离散线性系统鲁棒稳定的充分条件;并利用所得结果分析了离散极点配置控制系统的鲁棒稳定性;给出了闭环控制系统保持大范围一致稳定时参数摄动应满足的限度。数值例子证明了方法的有效性。     

风电机组变桨鲁棒控制

针对风电机组输出转速稳定控制问题,提出了一种基于定量反馈理论的桨距角鲁棒控制策略.由于在随机变化风速作用下,非线性的风机模型中部分参数是变化的,提出了基于线性系统稳定性图形作为判据的定量反馈的变桨鲁棒控制器设计方法,以减弱风机模型不确定因素对输出转速的影响.结果表明,所提出的控制器对高风速区扰动风速作用下系统的输出稳定性能具有较好控制效果,并且对风电机组能量传动模型中参数不确定性具有较强的鲁棒性.     

H∞最优控制的PMLSM伺服系统鲁棒重复控制

永磁直线同步电动机（PMLSM）在跟踪周期性输入时,其参数变化、负载扰动和摩擦力会降低系统的伺服性能,为此设计了一种基于H_∞ 最优理论的鲁棒位移重复控制器.将重复控制器中的延迟环节看作是一个稳定的摄动Δ ₁（s）,把被控对象中包含的不确定性因素看作另一摄动Δ ₂（s）,故可将伺服系统看作是包含2个摄动的不确定系统,进而可以把鲁棒重复控制问题转化成 H_∞ 最优控制问题,使用H_∞ 最优理论同时设计了反馈控制器和重复控制器.理论推导与仿真结果表明,该方案有效提高了系统的跟踪精度和鲁棒性.     

移动式数控机床横梁磁浮系统的滑模-H_∞控制

针对龙门移动式数控机床在运行过程中参数摄动以及未建模动态参数可能对系统造成的影响,结合鲁棒H∞理论的控制方案设计出自适应积分滑模控制器.通过积分滑模变结构控制器对整个系统进行鲁棒控制,以确保磁悬浮系统的稳定性和精确性.为降低滑模控制器抖振的发生,采用自适应控制对控制律中的不确定值进行估测.考虑到刀具切削部件所引起的系统质量变化以及外力干扰等对系统的影响,在控制过程中结合了H∞的控制理论,以增加系统的鲁棒性.仿真研究结果表明,与传统控制器相比该控制器具有很强的抑制扰动能力,可以实现稳定悬浮.     

气动肌肉驱动关节轨迹跟踪的自适应鲁棒控制

设计了一种简单、经济的单根肌肉关节驱动上肢外骨骼助力机器人。为解决单根肌肉关节轨迹跟踪控制精度差、抗干扰能力差及颤振严重等问题,基于反步法设计单根肌肉关节伺服系统的自适应鲁棒控制器。该控制器呈两层级联结构,每层均包含一个鲁棒反馈、参数自适应及快速动态补偿项,基于递归最小二乘法和梯度法分别设计参数自适应及快速动态补偿项。通过Lyapunov函数证明所设计控制器的稳定性,并结合实验分析参数自适应及快速动态补偿项的作用。实验结果表明,设计的控制器具有良好的暂态及稳态性能,跟踪不同行程的轨迹时,系统运行平稳,颤振很小,特别是跟踪幅值为15 mm正弦信号时,其暂态最大绝对跟踪误差为0.94 mm,稳态跟踪误差均方差为0.21 mm,几乎没有颤振现象。干扰测试实验进一步证明所设计的自适应鲁棒控制器继承了传统鲁棒控制器的抗干扰能力。     

基于定量反馈理论的液压机驱动系统复合鲁棒控制

针对液压机驱动系统参数摄动和不确定性的特点,建立了系统数学模型,提出了动梁速度外环控制和压力内环控制的分级复合鲁棒控制策略。外环级应用定量反馈理论,设计了鲁棒性较强的速度跟踪控制器和前置滤波器。内环级设计了基于径向基函数的神经网络扰动观测补偿器,运用Lyapunov稳定性定理证明了提出的干扰观测器对扰动抑制的有效性,可在不确定因素存在的情况下实现期望的系统压力跟踪控制。仿真结果表明：该控制方案对系统不确定性的抑制作用明显,且能提高液压机驱动系统的跟踪性能,具有较好的鲁棒稳定性,可有效实现速度切换瞬态过程的平顺性。     

Analysis on Biological Stability and Influencing Factors of Northern Living District Water Distribution System

多柔性连杆机械臂的自抗扰控制

刘延芳^1,2, 刘宏¹,孟瑶³

（1. 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨 150001;

2.哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001;

3.上海宇航系统工程研究所,上海 201109）

创新点说明

将自抗扰控制应用到多柔性连杆机械臂的运动控制上。

研究目的

主要解决多柔性连杆机械臂的运动控制问题,在转角运动控制的同时,抑制柔性臂杆的振动。

研究方法

首先基于时标分离,将系统分解为快时标系统和慢时标系统：快时标系统为内环,采用最优二次型控制器,实现臂杆振动的快速抑制;慢时标系统为外环,采用自抗扰控制,抑制系统外界干扰、未建模动态等内外扰动,实现转角位置的精确控制。

结 果

采用自抗扰控制器可以显著提高转角控制精度,并抑制臂杆的振动,其中自抗扰控制器中采用飞线性PD控制器时,优势更为明显。

结 论

自抗扰控制器在应用于多柔性连杆机械臂的运动控制中具有一定的优势,可以进行工程推广。

关键词：多柔性连杆机械臂;自抗扰控制;飞线性比例微分控制器;跟踪微分器;状态扩张观测器

     

高速无人驾驶车辆轨迹跟踪和稳定性控制

针对高速无人驾驶车辆运动控制过程中轨迹跟踪精度和稳定性难以同时保障的问题,提出综合前馈-反馈及自抗扰控制(ADRC)补偿相结合的横向控制算法. 通过车速和道路曲率信息计算前馈稳态前轮转向角,将质心侧偏角引入航向偏差,以车辆航向角偏差和侧向偏差作为参考量进行反馈控制,通过前馈-反馈控制提升瞬态轨迹跟踪性能. 设计自抗扰控制器,通过扩张状态观测器对未建模动态和内外界干扰进行估计,通过将后轮侧偏角控制在参考值附近来补偿前轮转角,提升无人驾驶车辆的转向稳定性和控制器的鲁棒性. 不同工况下的仿真结果表明,利用该方法可以保证高速无人驾驶车辆稳定地跟踪期望路径行驶,轨迹跟踪偏差较小,对车辆参数变化和外界干扰具有较强的鲁棒性.     

永磁直线同步电动机系统的QFT/H∞鲁棒控制

针对直接驱动永磁直线同步电动机（PMLSM）系统的各种不确定性,提出一种将定量反馈理论（QFT）和H_∞理论相结合的鲁棒控制策略.该控制策略通过合理选取被控对象不确定性权函数、高频噪声抑制权函数和灵敏度权函数,利用以线性矩阵不等式（LMI）为基础的H_∞控制求得QFT速度控制器,简化了单纯QFT设计鲁棒控制器时繁琐的做图过程,所设计的控制器在保证快速性的同时,抑制了闭环系统内各种不确定性因素的影响.仿真结果表明,该方案实现了伺服系统的快速跟踪性能,对系统的参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.     

网络控制系统的鲁棒保性能控制

针对单包传输、有界时变通信时延的网络控制系统,构建了一类描述网络控制系统的离散不确定时滞系统模型．为克服模型中随机网络通信时延对系统的影响,将时延不确定性转化为闭环系统参数的摄动;在此基础上,运用鲁棒控制理论、Lyapunov稳定性原理提出了网络控制系统鲁棒保性能控制律存在条件,并给出了设计网络控制系统鲁棒保性能状态反馈控制器时求解线性矩阵不等式的方法．     

Bottom-following control for an underactuated unmanned undersea vehicle using integral-terminal sliding mode control

The bottom-following problem of an underactuated unmanned undersea vehicle(UUV) is addressed. A robust nonlinear controller is developed by using integral-terminal sliding mode control(ITSMC), which can exponentially drive an UUV onto a predefined path at a constant forward speed. The kinematic error equations are first derived in the Serret-Frenet frame. Using the line of sight(LOS) method, Lyapunov's direct technique and tracking differentiator, the guidance law is established. Then, the kinematic controller, the guidance law, is expanded to cope with vehicle dynamics by resorting to introduce two integral-terminal sliding surfaces. Robustness to parameter perturbation is addressed by incorporating the reaching laws associated with the upper bound of the parameter perturbation. The proposed control law can guarantee that all error signals globally exponentially converge to the origin. Finally, a series of numerical simulation results are presented and discussed. In these simulations, wave, constant unknown ocean currents(for the purposes of the controller) and the parameter perturbation are added to illustrate the robustness and effectiveness of the bottom-following control scheme.