垂直泊车路径跟踪控制研究

自动泊车控制系统的好坏对泊车成功率具有重要影响,本文以垂直车位为研究对象,提出了一种基于模糊PID算法与模型预测控制算法(MPC)的自动泊车联合控制算法。首先建立了车辆运动学模型,设置了泊车碰撞约束,并在此基础上进行无碰撞路径规划;然后建立模糊PID算法并调节相应参数,控制车辆纵向速度恒定,继而建立MPC算法控制车辆的横向角度。最后使用Simulink搭建相应的控制算法模型并与Carsim进行联合仿真分析。仿真结果表明：本文提出的联合控制算法具有较高的控制精度,其中偏航角误差控制在0.057 m以内,横向偏差的绝对值控制在0.08 m以内,能够满足垂直泊车对车辆控制的要求。     

基于半主动悬架的车辆抗侧倾控制研究

悬架系统可提高乘坐舒适性,用于抑制车身的侧倾。基于车辆多工况行驶下的抗侧倾控制需求,建立带有半 主动悬架系统的车辆四自由度动力学模型,以空气悬架和电机式主动稳定杆作为执行器,分别选用模糊控制和滑模控制 来设计抗侧倾控制器,通过Matlab/Simulink 与Carsim 建立联合仿真模型来验证所设计控制策略的有效性。仿真结果表 明:在双移线和鱼钩工况下,使用带有主动横向稳定杆的半主动悬架系统可有效减小车辆的侧倾角,降低车辆侧翻风险。     

基于驾驶特性的ACC系统安全间距策略研究

为自适应巡航控制系统(ACC)提出一种基于驾驶特性的行车安全间距策略,在分析对比现行CTH和VTH算法各自的优劣后,考虑驾驶员动态跟车特性,以此为基础对VTH算法进行改进设计。在Matlab/Simulink和Carsim联合仿真平台下使用经典PID控制算法设计的ACC系统上层控制器对CTH、VTH及本文改进VTH策略进行稳态波动速度、急加/减速、恒定车速的复合工况仿真对比。结果表明,基于驾驶特性设计的改进VTH能够在传统VTH及CTH之间获取良好的平衡性能,既能对前车速度激变做出快速响应,也能以平滑且较低的加速度跟踪期望加速度,保证舒适性。     

基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10^-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。     

基于单轮车辆悬架的Fuzzy-PID控制器设计和仿真

研究车辆主动空气悬架的控制问题,在车辆主动空气悬的常规PID控制器的基础上,运用模糊推理对常规PID控制器进行参数在线修订,设计了基于单轮车辆主动空气悬架的Fuzzy-PID控制器,并对Fuzzy-PID控制的单轮车辆主动空气悬架进行Matlab建模和仿真试验。仿真结果表明,与车辆被动空气悬架、常规PID控制的车辆主动空气悬架相比,Fuzzy-PID控制的车辆主动空气悬架可大大降低车身加速度和悬架动行程,提高车辆乘坐舒适性和操纵稳定性,具有良好的鲁棒性,从而验证了Fuzzy-PID控制器的有效性和实用性。     

基于加速度的无人机纵向控制方案设计

针对无人机常规纵向控制方案成本较高、姿态变化剧烈、高度跟踪超调大的问题,设计一种基于加速度的纵向控制方案。建立了无人机纵向线性运动模型,介绍基于加速度的纵向控制方程和控制框图,给出纵向控制所需的硬件,提出了控制参数设计的具体步骤,进行了平飞、爬升和下降三种状态数学仿真,并与常规的纵向控制数学仿真结果进行了对比。仿真对比表明,基于加速度的纵向控制方案成本抗干扰能力强,姿态变化平稳,高度跟踪精度高、速度快、无超调,适用于各型无人机的纵向控制。     

基于能耗状态判断的H∞半主动悬架控制策略研究

在综合考虑车辆系统舒适性和安全性的基础上,分析将H∞控制策略与半主动控制策略相结合的方法,探讨与车体实际振动状态相符的耗能作用力提供方式,提出基于H∞控制的加速度滤波和状态判断归一法半主动控制策略,并采用动力学模型与复杂控制器分离的联合仿真技术进行仿真研究,结果表明加速度滤波法和状态判断归一法半主动控制策略与现有的参考模型法相比,效果佳,且能耗低,所以更具实用性.     

传感器故障诊断与分布式MPC容错控制

本文研究了针对传感器故障的诊断与分布式预测控制(ModelPredictiveControl,MPC)容错控制方案。首先,利用分布式卡尔曼滤波对系统状态进行估计,构建故障诊断残差,在残差发生器中引入残差信号,生成故障信号,对传感器故障进行诊断。然后,利用MPC在线求解控制器的特点,设计容错控制器。最后,针对分布式框架下的容错控制问题,开展数值仿真分析,表明该方案能够在保持所需控制性能的同时,降低传感器故障的影响。     

微型四旋翼飞行器TSMC控制方法研究

针对微型四旋翼飞行器非线性动力学模型下姿态稳定和速度跟踪控制问题,基于全局快速终端滑模控制(TSMC-terminal sliding mode control)方法研究了控制器设计。通过引入等价控制输入,将姿态控制通道解耦并分别设计了姿态稳定TSMC控制器。对速度跟踪和高度跟踪控制,在保证高度跟踪控制稳定的基础上设计了保证速度跟踪的耦合控制器。姿态稳定和速度跟踪仿真验证了设计控制器的性能。     

一种带有避障功能的无人车轨迹跟踪控制器设计

基于模型预测控制(model predict control,MPC)设计了一种带有重规划层的无人车轨迹跟踪控制器,用于实现带避障功能的轨迹跟踪。假设在有限的地平线上有一条存在障碍物的已知轨迹,为了规避轨迹上的障碍物,设计了一种轨迹重规划层+预测控制层的双层轨迹跟踪系统。首先接收到在障碍物信息后,在重规划层中借助无人车的点质量模型预测局部参考轨迹;然后控制层控制前轮转向,完成对局部轨迹的跟踪,避开障碍物。并在CARSIM/SIMILINK模型环境中对设计的控制器进行仿真实验,验证控制器在不同速度下对障碍物规避和期望轨迹跟踪的有效性。     

基于模糊控制的燃气轮机转子转速控制

针对目前燃气轮机的研究使用现状,应用模糊控制为发电厂燃气轮机转子设计了控制器。在设计阶段,通过使用燃料流量来确定线性模型,根据所确定的模型来控制燃气轮机的转子速度。在模拟阶段,考虑了限制系统的燃料流量,同时假设需求功率的扰动(干扰)输入和进口导流叶片(IGV)的位置是固定的。最后,在相同的条件下对所提出的控制器的性能与H∞鲁棒控制器以及预测控制器(MPC)的性能进行比较。仿真结果表明,所提出的模糊控制器相比于其他提到的控制器有更好的性能。     

基于模型预测的调距桨控制器设计与研究

调距桨属于舰船推进装置，其液压系统用于改变桨叶的螺距角度，使舰船在航行时可以灵活地改变航速、航向。为了解决调距桨达到指定信号时，超调量过大、响应时间过长的问题，对调距桨液压系统进行抽象建立数学模型，采取模型预测控制（MPC）的算法，对系统输出结果和跟踪信号进行分析，实时滚动优化控制器参数，最终设计出基于模型预测的调距桨控制器。在Matlab/Simulink环境下根据调距桨的实际运行工况，选择跟踪信号和阶跃信号两种情形下对MPC和PID控制器进行对比仿真实验。结果表明，MPC比PID控制器具有更好的准确性和响应速度，累积误差明显小于PID控制器。该控制器能够使调距桨快速达到预期响应，航行的及时性得到保证，可满足调距桨控制系统应用要求。     

基于自适应控制器的燃料电池汽车能量控制

针对燃料电池汽车在艰苦驾驶条件行驶会增强车辆行驶的非线性这一情况,传统的控制方法在燃料电池汽车能量控制中存在控制精度低,收敛速度慢,鲁棒性差等问题。于是提出了一种基于自适应的燃料电池汽车能量控制方法。根据对各能源电流和直流总线电压参考值跟踪,以及应用于EUDC工况的电机转速参考值的跟踪,最后应用MATLAB/Simulink搭建自适应控制仿真模型,对自适应控制器和参考值进行对比。结果表明：在各能源电流、直流总线电压和电机速度方面都表现出了不错的跟踪特性,并且波动较小。因此可以得出自适应控制器具有较好的鲁棒性、工况适应性以及舒适性。     

基于模糊滑模控制的车辆稳定性研究

针对车辆在转弯或变道引起的车辆稳定性控制问题,建立了用于稳定性控制的3自由度非线性动力学模型。文中将车辆横摆角速度、质心侧偏角作为主要控制变量。基于模糊滑模控制理论,采用直接横摆力矩控制方法控制横摆角速度和质心侧偏角,其中考虑到质心侧偏角难以通过传感器测量,设计了基于递归最小二乘法的质心侧偏角估计方法。同时,在基于Matlab与ADMAS联合调试的环境下进行了仿真分析,仿真结果表明该控制器能有效地使横摆角速度和质心侧偏角跟踪其期望值,使汽车保持在安全稳定的范围内。     

空间组网光通信粗跟踪系统的模型预测控制

针对一对多组网光通信粗跟踪伺服控制系统,通过解析法和正弦扫频辨识建立了粗跟踪系统的模型,然后依据数学模型设计了模型预测控制器(MPC),进行了与比例-积分-微分(PID)控制器的对照实验。实验结果表明MPC控制器能以10μrad的误差跟踪0.1 Hz的正弦信号,跟踪精度是PID控制器的两倍。在叠加了50 Hz,幅值1.8 m随机噪声的情况下,MPC控制器的最大稳态跟踪误差为55μrad,只有PID控制器最大稳态跟踪误差的一半。并且在运动平台的粗跟踪实验中,MPC控制器的稳态误差最大为15μrad,PID控制器的稳态误差最大为25μrad。表明MPC控制器可以有效提高一对多光通信粗跟踪控制效果。     

履带车辆台架试验台控制方法研究与仿真

履带车辆在台架试验过程中,车辆实际行驶工况在试验台架的模拟是试验成功的关键。本文通过对履带车辆动力学理论和台架试验台结构的研究和分析,完成了车辆的纵向动力学模型和台架系统的时域数学模型的建模仿真。从试验加载精度和实时性出发,提出了台架试验台的速度跟踪控制算法,并通过实车试验台试验结果与理论计算结果的对比分析,验证了此控制方法在履带车辆台架试验中模拟实际路面工况的可行性和准确性。     

基于变车头时距的汽车自适应巡航系统设计

距离模型和控制算法是汽车自适应巡航系统（Adaptive Cruise Control,ACC）设计的关键。采用分层式控制方法设计ACC系统控制策略。设计上层控制器,基于多行车因素影响设计变车头时距模型,利用状态机搭建模式切换策略,同时设计一种车距-速度串联式PID控制策略求取期望加速度;依靠下层控制器,计算节气门开度/制动压力并输入到CarSim中控制执行器,从而使整个系统实现闭环控制。通过CarSim/Simulink建立联合仿真模型,在多种工况下对模型进行验证。仿真结果表明,改进的变车头时距模型与其他模型相比具有一定优势,所设计ACC系统在多种工况下能够实现稳定的定速巡航和前车跟随功能,保证汽车行驶安全性。     

飞翼无人机的一种鲁棒自适应控制律设计方法

针对飞翼无人机纵向全包线飞行时非线性特性明显和操纵效率变化显著的问题, 采用鲁棒伺服LQR(RSLQR)与L1自适应相结合的综合自适应控制方法(RSLQR-L1), 以C*(加速度、角速率)为被控变量, 设计了飞翼无人机纵向飞行控制系统。结合无人机实际飞行控制品质需求, 采用RSLQR方法, 设计无人机纵向主控制器;在RSLQR控制器的基本结构上扩展设计L1自适应输出反馈补偿控制器。在系统阐述RSLQR-L1综合自适应控制原理和设计方法的基础上, 通过数值仿真验证了控制结构的先进性和鲁棒性, 满足了飞翼无人机的控制要求。     

基于PID加校正的导弹纵向回路控制与仿真

为解决导弹飞行过程中传统气动力控制系统通常难以满足导弹纵向回路控制的快速性和准确性要求的问题.在建立导弹纵向回路控制模型的基础上,利用理论计算的方法设计了PID控制器.运用MATLAB/SISOTOOL设计相应的校正装置,并对导弹纵向回路进行了仿真.结果表明PID加校正的控制方法能在保持准确性的同时,可大大缩短导弹纵向回路的反应时间,并增强了系统的稳定性.     

基于改进MPC的UPS系统三相逆变器控制策略研究

带输出LC滤波器的逆变器控制在需要高质量电压要求的不间断电源系统应用中具有特殊的重要性,本文采用模型预测控制（MPC）对三相逆变器进行电压控制。控制器使用系统模型来预测给定电压矢量序列直到某个时间范围内变量的行为,然后使用成本函数作为选择开关状态的标准,且开关状态将在下一个采样间隔期间应用。本文从THD和稳定时间等方面考虑不同的预测步数对达到稳态运行的影响,利用MATLAB/Simulink仿真工具,给出了一个预测步骤的MPC和两个预测步骤的改进MPC的仿真结果,并对不同预测步骤下的MPC进行了比较。结果表明,改进的MPC改善了非线性负载的THD,使其在不同电阻负载下保持恒定。此外,对于各种线性和非线性负载,达到稳态时间可视为常数。