基于自适应MPC算法的轨迹跟踪控制研究

为了保证智能车辆在低附着且变速条件下跟踪控制的精确性和稳定性,提出一种基于自适应模型预测控制（MPC）的轨迹跟踪控制算法。针对低附着条件下轨迹跟踪存在行驶稳定性较差的问题,对车辆动力学模型添加侧偏角软约束,分别设计有无添加侧偏角约束的MPC控制器。仿真结果表明,添加侧偏角约束后MPC控制器性能更优,车辆行驶稳定性得到有效提高。在此基础上,又提出了一种自适应的轨迹跟踪控制策略,能够根据车辆速度的变化,实时产生预测时域[(Hp)],分别设计自适应的MPC控制器与4组定值[Hp]的MPC控制器。仿真结果表明,基于自适应模型预测控制的轨迹跟踪控制算法在提高低附着且变速条件下智能车辆轨迹跟踪控制的精度和稳定性方面具有一定的有效性和先进性。     

横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真

提出一种基于横摆力矩和主动前轮转向相结合的车辆横向稳定性控制方法,以横摆角速度和侧偏角为控制目标,利用前馈补偿和模糊控制产生横摆力矩和附加的前轮转角,通过控制制动力的分配以及对转向角的修正,使车辆转向行驶时的横摆角速度和侧偏角很好地跟踪参考模型.对转向轮阶跃输入和正弦输入两种工况分别进行了仿真研究,采用横摆力矩和主动前轮转向相结合控制方法,车辆转向时的瞬态及稳态响应优于单独的横摆力矩控制,表明该方法能有效地控制车辆横摆角速度和侧偏角,提高车辆转向时的横向稳定性,同时能有效地减轻驾驶员操纵负担.     

提高车辆安全性的输出反馈自适应控制

研究含有时变参数的车辆动力学模型的输出跟踪控制问题.控制目标是使车辆的横摆角速度和质心侧偏角分别跟踪理想的设定值,通过反推方法设计输出反馈自适应控制器.控制器的输出为主动横摆力矩,通过控制主动横摆力矩来控制车辆的输出响应跟踪理想的输出信号,从而提高车辆的安全性.仿真结果表明,该控制器能更好地适应车速和路况的变化,鲁棒性强.     

车辆直接横摆力矩的预测控制研究

针对车辆高速过弯时发生的侧滑问题,将预测控制运用于汽车ESP控制系统中,以2自由度车辆模型为预测内部模型,以车辆直接横摆力矩为输出作用于车轮来控制整车的行驶状态。结合Matlab/Simulink建立的七自由度整车模型以及轮胎模型对所设计的ESP控制器进行分析调整。实验结果表明,预测控制器能很好地控制汽车的横摆角速度和限制质心侧偏角,提高了汽车的稳定性和安全性。     

Integrated vehicle dynamics management for distributed‐drive electric vehicles with active front steering using adaptive neural approaches against unknown nonlinearity

This paper proposes a new integrated vehicle dynamics management for enhancing the yaw stability and wheel slip regulation of the distributed‐drive electric vehicle with active front steering. To cope with the unknown nonlinear tire dynamics with uncertain disturbances in integrated control problem of vehicle dynamics, a neuro‐adaptive predictive control is therefore proposed for multiobjective coordination of constrained systems with unknown nonlinearity. Unknown nonlinearity with unmodeled dynamics is modeled using a random projection neural network via adaptive machine learning, where a new adaptation law is designed in premise of Lyapunov stability. Given the computational efficiency, a neurodynamic method is extended to solve the constrained programming problem with unknown nonlinearity. To test the performance of the proposed control method, simulations were conducted using a validated vehicle model. Simulation results show that the proposed neuro‐adaptive predictive controller outperforms the classical model predictive controller in tracking nominal wheel slip ratio, desired vehicle yaw rate and sideslip angle, showing its significance in vehicle yaw stability enhancement and wheels slip regulation.     

联合仿真技术在车辆稳定控制程序开发中的应用

该文首先介绍了目前车辆稳定控制程序的研究现状并提出了通过联合仿真进行控制策略开发的新思路，然后详细阐述联合仿真技术的实现原理及方法。接着设计了基于线性二次最优控制理论的直接横摆力矩状态反馈控制策略并引入横摆角速度和质心侧偏角的限值控制以提高车辆在危险工况下的稳定性及可控性。最后通过ADAMS／Car和Matlab／simulink的联合仿真验证了该控制策略的正确性，并为今后复杂机电系统控制策略的开发提供了一条新的途径。     

汽车操纵稳定性的自适应控制策略研究

针对汽车系统的非线性和参数不确定性,设计了一种“前馈+反馈”自适应神经模糊控制器,通过ESP和AFS的协调控制来提高汽车操纵稳定性.ESP反馈控制器采用模糊控制策略,以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标;AFS前馈控制器采用径向基神经网络控制,以反馈控制器的输出作为误差进行学习,从而实现自适应控制.仿真结果表明,上述控制策略是可行和有效的,能显著改善汽车在高速或湿滑路面上的操纵稳定性.     

基于模糊控制的分布式电动车辆横摆力矩研究

为提高多轮分布式电驱动车辆在不同工况下的操纵稳定性,设计了一种基于直接横摆力矩控制的分层控制策略。上层以横摆角速度和质心侧偏角为控制变量,采用模糊控制进行目标运动状态跟踪,决策出所需要的横摆力矩。下层按设计的规则进行转矩分配。应用TruckSim和Matlab/Simulink建立车辆和控制器模型,分别在高、低附着等工况下进行联合仿真。仿真结果表明,设计的模糊控制方法能对车辆目标状态进行良好跟踪,相较于无控制状态能够提高车辆的操纵稳定性。     

四轮独立驱动电动汽车单轮失效稳定性控制

为了解决四轮独立驱动电动汽车驱动系统失效时的转矩分配问题,提出了一种基于规则的驱动力控制分配策略以保证车辆在出现单轮失效情况下的稳定性和动力性.控制器采用双层控制,包括上层控制和下层控制.在上层控制中,根据驾驶员的输入与车辆状态,采用滑模控制理论计算出控制横摆角速度和质心侧偏角的附加横摆力矩.在下层控制中,根据驱动电机...     

基于北斗通信技术的无人机运动轨迹跟踪控制系统设计

为使所获俯仰角、滚转角、偏航角跟踪结果均与无人机实际运动轨迹保持一致,实现对整条行进轨迹的准确追踪与控制,设计基于北斗通信技术的无人机运动轨迹跟踪控制系统;定义北斗通信系统的运维报文、通知协商报文、业务数据报文3种不同格式的协议文件,提升通信数据的实时传输能力;以此为基础深入分析无人机飞行器的内部结构组成,再结合大量行进姿态数据,完成对无人机运动轨迹跟踪控制系统的动力学建模;确保主供应电路的顺畅连接,将通信数据匹配至全驱动运动结构、姿态调节器、自适应控制器、轨迹追踪器四类硬件应用结构中,实现无人机运动轨迹数据的准确、实时传输;完成系统的主控结构设计;联合所有软、硬件运行条件,实现基于北斗通信技术的无人机运动轨迹跟踪控制系统设计;根据实验结果可知,所设计系统主机所获得的俯仰角、滚转角、偏航角跟踪结果均与无人机实际运动轨迹相差无几,符合准确追踪完整无人机行进轨迹的应用需求。     

基于级联方法的欠驱动AUV全局K指数3 维直线跟踪控制

采用非线性系统级联方法,提出一种欠驱动自主水下航行器的3维直线跟踪控制算法,首先将3维直线跟踪误差模型分解为水平面运动受垂直面运动扰动的级联结构;然后分别设计俯仰角指令和航向角指令,进一步将平面直线跟踪模型分解为位置跟踪误差受俯仰角/航向角跟踪误差扰动的级联结构,并设计了俯仰角和航向角的跟踪控制律,通过逐级应用级联系统稳定性理论证明了3维直线跟踪误差的全局κ指数稳定性;最后通过数学仿真验证了所提出跟踪控制算法的有效性。     

Controller design for vehicle stability enhancement

A Vehicle Dynamics Control (VDC) system is developed for tracking desired vehicle behavior. The cascade structure of control system consists of yaw moment major controller and wheel slip minor controller. The Linear Quadratic Regulator (LQR) theory is exploited for yaw moment controller and the sliding mode theory is applied for wheel slip controller design. The use of yaw moment control was investigated by regulating the wheel slip ratio for improving handling and stability of vehicle. The performance of the control system is evaluated under various emergency maneuvers and road conditions through pure computer simulations and Hardware In-the-Loop Simulation (HILS) system. The results indicate the proposed system can significantly improve vehicle stability for active safety.     

基于Uni-Tire轮胎模型的车辆质心侧偏角估计

针对车辆质心侧偏角估计的准确性和实时性能问题,提出了车辆质心侧偏角估计的非线性全维观测器设计方法.首先基于车辆动力学模型及纵滑-侧偏联合工况下的Uni-Tire轮胎模型,利用车载传感器测量车辆状态;观测器利用这些状态估计出车辆的纵向速度、侧向速度及横摆角速度,并由此得到车辆的质心侧偏角估计.其次利用输入-状态稳定(input-to-state stability,ISS)理论对观测器的稳定性进行了分析.最后采用红旗CA7180A3E型轿车的车辆参数使用车辆仿真软件veDYNA对极限工况下的估计结果进行了离线仿真研究,并利用xPC-Target仿真环境和dSPACE实时仿真系统搭建仿真平台,对非线性全维观测器的实时性进行验证.仿真结果表明,非线性估计方法估计精度较高,实时性较好,可以满足工程应用的要求.     

基于终端滑模的四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

考虑到四旋翼飞行器的传统内外环控制策略依赖时标分离假设,稳定性分析复杂,并且控制参数选取困难的缺点,提出了一种与传统内外环控制策略不同的轨迹跟踪控制器;首先将四旋翼飞行器数学模型进行相应的变换,以分解为高度、偏航角和纵横向三个级联的子系统,再使用终端滑模控制方法设计高度和偏航角子系统的控制器,使两个子系统的状态误差可以在有限时间内收敛到原点,之后基于变量非线性变换设计纵横向子系统的控制器,分析了闭环系统稳定性,证明了所设计的轨迹跟踪控制器可以保证闭环系统跟踪误差渐近稳定到原点,最后仿真实验的结果验证了所设计的控制器的有效性。     

Integrated stability control of AFS and DYC for electric vehicle based on non-smooth control

A controller which ensures the driving stability of a four-wheel-independent-drive electric vehicle (4WID-EV) is designed in this paper. The controller is structurally hierarchically designed. In order to keep the 4WID-EV running steadily, an upper-level controller integrating the active front-wheel steering control method (AFS) and direct yaw moment control method (DYC) is designed to keep the sideslip angle and yaw rate tracking the ideal values. A non-smooth control method is used to improve the closed-loop system's convergence and anti-disturbance performance. The additional yaw moment generated by the upper-level controller is distributed to four driving wheels by the lower-level controller. An optimal control algorithm is used in the lower-level controller to achieve the minimum sum of tire utilisation, and ensure the power performance and driving stability of the 4WID-EV. In order to verify the effectiveness of the designed controller, a simulation model of the stability control system is established based on Carsim-Matlab/Simulink. And the simulation is performed under double lane change road considering the disturbances. The results of the simulation show that the 4WID-EV with the designed controller achieves smaller sideslip angle than sliding-mode control and the actuator chatter is slight. Then the stability and safety of the 4WID-EV are greatly improved.     

基于Tiny-YOLOV3的无人机地面目标跟踪算法设计

为了提高四旋翼无人机对地面目标跟踪的稳定性和跟踪精度,提出了一种结合Tiny-YOLOV3和卡尔曼滤波的跟踪算法;首先分析了Tiny-YOLOV3的原理和网络结构,并基于Tiny-YOLOV3的目标检测结果,结合无人机状态和目标的几何关系建立了目标跟踪系统的数学模型;接着对目标相对运动关系进行分析,建立目标的运动学模型,考虑到目标检测结果受干扰影响较大,应用卡尔曼滤波器实现对目标轨迹的滤波和预测,进而提升目标跟踪的精度;最后根据经过卡尔曼滤波后的目标轨迹信息设计无人机控制律,在轨迹控制的同时引入对无人机偏航角的控制,从而实现无人机对目标的稳定跟踪;仿真结果表明无人机对目标的位置跟踪精度在0.5 m以内,速度跟踪误差在0.2 m/s以内,偏航角跟踪误差在3°以内,跟踪效果良好,从而论证了所提算法的有效性。     

Nonlinear feedback control and trajectory tracking of vehicle

This paper mainly studies nonlinear feedback control applied to the nonlinear vehicle dynamics with varying velocity. The main objective of this study is the stabilisation of longitudinal, lateral and yaw angular vehicle velocities. To this end, a nonlinear vehicle model is developed which takes both the lateral and longitudinal vehicle dynamics into account. Based on this model, a method to build a nonlinear state feedback control is first designed by which the complexity of system structure can be simplified. The obtained system is then synthesised by the combined Lyapunov–LaSalle method. The simulation results show that the proposed control can improve stability and comfort of vehicle driving. Moreover, this paper presents a lemma which ensures the trajectory tracking and path-following problem for vehicle. It can also be exploited simultaneously to solve both the tracking and path-following control problems of the vehicle ride and driving stability. We also show how the results of the lemma can be applied to solve the path-following problem, in which the vehicle converges and follows a designed path. The effectiveness of the proposed lemma for trajectory tracking is clearly demonstrated by simulation results.     

基于整车动力学模型的EPS预测控制策略仿真研究

为了提高车辆的转向性能,基于整车动力学模型,研究电动助力转向系统(EPS)控制策略;针对PID控制参数固定不变,无法实时控制EPS动态响应的问题,提出了一种滚动优化的预测控制策略,并运用CarSim整车模型与Matlab软件相结合,实现了EPS控制仿真;通过对比仿真结果中横摆角速度和质心侧偏角等转向性能参数表明:用预测控制算法对EPS实施控制,比传统控制方法更精确,可有效提高车辆的转向性能和操纵稳定性,使EPS操控更加精准和轻捷。     

欠驱动自主水面船的非线性路径跟踪控制

基于级联方法提出一种欠驱动自主水面船的全局K指数稳定路径跟踪控制算法.采用以自由路径参考点为原点的Serret-Frenet坐标系建立路径跟踪误差的动态模型,以路径参数的变化率为附加控制输入,克服了以正交投影点为坐标原点时的奇异值问题.设计路径跟踪航向角指令,将路径跟踪模型分解为位置跟踪子系统和航向角、前向速度跟踪子系统两个子系统级联的形式,设计航向角和前向速度的全局指数稳定跟踪控制器,应用级联系统理论证明了路径跟踪误差的全局K指数稳定性.数学仿真和自主水面船湖上实验结果验证了该路径跟踪控制算法的有效性.     

四轮线控转向系统的转向控制策略研究

为了控制汽车的质心侧偏角,同时保持汽车的转向增益不变,研究了四轮线控转向系统的后轮转向控制策略和前轮转向控制策略.首先建立了四轮转向整车二自由度模型,然后基于稳态质心侧偏角为零得到两种后轮转向控制策略:与前轮转角成比例型和横摆角速度反馈型,前者不改变系统极点,后者改变系统极点.基于转向增益不随车速改变得到二者的前轮转向控制策略.仿真表明,提出的前轮转向控制策略可以保持固定转向增益,降低驾驶员负担;后轮转向控制策略可以实现零质心侧偏角稳态值,控制车辆姿态,改善操纵稳定性.