考虑动力学约束的智能车辆路径跟踪控制研究

针对智能车辆的路径跟踪控制方法中传统的MPC控制器往往只考虑控制量约束和控制增量约束、未考虑输出量约束的情况,以线性2自由度车辆侧向动力学模型作为预测模型,提出了一种路径跟踪控制方法。通过将车辆在路径跟踪过程中的输出量质心侧偏角和横摆角速度约束在一个操纵稳定性状态平稳域内,将路径跟踪问题转变为在多种约束条件下求解控制系统最优值的问题,以此来跟踪目标路径。采用Carsim和Matlab/Simulink进行联合仿真验证,结果显示:所设计的控制器能较好地跟踪参考路径,控制器在跟踪目标路径的过程中表现平稳、可靠。     

分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制研究

根据分布式驱动电动汽车电机转矩可独立控制、轮胎纵向力可灵活分配的特点,通过控制轮胎纵向力产生附加横摆力矩的方法提高车辆的横摆稳定性。设计了分层控制器对车辆横摆稳定性进行研究,上层控制器利用滑模控制方法计算保持车辆稳定的附加横摆力矩;下层控制器分别利用液压差动制动分配方法与平均分配方法分配附加横摆力矩。基于Matlab/Smulink与CarSim仿真环境,选取双移线路面进行车辆横摆稳定性仿真。研究结果表明:施加控制器作用后,可使车辆横摆角速度较好地跟随理想值并将质心侧偏角控制在2. 5°以内,车辆具有较好的轨迹保持能力与行驶稳定性。两种力矩分配方法均能得到较好的控制效果,其中平均分配方法控制效果更优。     

汽车转向系统操纵性与稳定性协同最优控制研究

运用汽车二自由度模型对车辆进行主动前轮转角控制,针对车辆稳定性设计了LQR控制器,采用Carsim与Simulink联合仿真,在双移线工况下验证了控制器的可行性。通过大量仿真与系统分析,得到LQR参数与车辆稳定性的定性关系。在这一研究的基础上,设计了同时考虑车辆稳定性与操纵灵活性的协同控制器,采用同样的仿真方法,验证了协同控制器的优越性。结果表明,LQR控制可以提高车辆的稳定性;LQR控制器参数与车辆稳定性存在一定的相关性;协同控制器在LQR控制器的基础上可以起到折衷车辆稳定性与操纵灵活性的作用,为车辆控制器的设计提供了参考。     

无人车辆轨迹跟踪与横摆稳定协调控制研究

针对无人车辆轨迹跟踪问题,为兼顾车辆轨迹跟踪和横摆稳定的双控制目标,提出了一种无人车辆轨迹跟踪与横摆稳定协调控制策略。根据车辆轨迹跟踪模型,基于快速幂次趋近律设计了车辆轨迹跟踪滑模控制器,旨在通过无人车辆自主转向控制跟踪参考轨迹。同时,利用滑模算法设计了车辆横摆稳定控制器,通过横摆力矩控制跟踪参考横摆角速度。考虑到横摆稳定控制器中横向车速未知的情况,设计了横向车速滑模观测器,从而为横摆稳定控制器提供信息输入。此外,利用横摆力矩控制量设计了前轮转向角补偿模块,通过轨迹跟踪和横摆稳定控制器的协调,进一步修正轨迹跟踪精度。利用CarSim和Simulink平台搭建了联合仿真模型。仿真结果表明:所提出的轨迹跟踪与横摆稳定协调控制策略能够实现轨迹跟踪,并兼顾车辆的横摆稳定性。     

基于自适应模型预测的自主车辆避障控制研究

在无人驾驶车辆安全避障控制过程中,由于被控对象的非线性特性,线性模型预测控制器难以保证车辆避障系统的安全性及稳定性。以车辆二自由度运动学模型为基础,在已有感知障碍物信息的基础上,通过应用自适应模型预测控制理论,结合障碍物虚拟边界约束及车辆控制变量约束,设计了以节气门开度和方向盘转角为控制变量的线性时不变控制器,并在Simulink环境下与基于传统模型预测避障控制器进行比较。仿真结果表明:相较于模型预测控制,基于自适应模型预测控制理论设计的控制器能提高车辆避障安全性及舒适性。     

基于Matlab的自适应控制技术在车辆制动中的应用

针对汽车在制动环节中的纵向稳定性问题,根据其受力情况,建立了1/4车辆单轮模型,并在对传统控制器模型特点进行分析的基础上,优化设计了基于参数自适应的模糊PID控制器模型。利用Matlab针对不同控制方法进行仿真分析,结果显示:改良后的模糊PID控制器模型在其鲁棒性、控制精度、反应灵敏度、智能控制化方面有着较为明显的优势。这为进一步改进该控制器模型的模糊规则与控制算法方面提供了一定的参考。     

基于MRR-KELM算法的涡轴发动机非线性模型预测控制

针对涡轴发动机控制系统的设计,提出了一种基于多输出迭代约简核极限学习机(MRR-KELM)的非线性模型预测控制(NMPC)方法。基于直升机旋翼扭矩、燃气涡轮转速、动力涡轮转速以及涡轮级间温度等传感器数据,利用MRR-KELM算法,训练具有较好实时性、精度以及泛化能力的发动机预测模型,引入预测模型输出与发动机输出的误差对控制器指令进行反馈校正,利用序列二次规化(SQP)算法在线求解包含限制约束的预测控制问题。在某型直升机/涡轴发动机综合仿真平台环境下,通过直升机机动飞行仿真,验证了该模型预测控制器相比于传统的串级PI控制具有更好的控制性能,可显著降低动力涡轮转速超调/下垂量。     

基于人机共驾的车道保持驾驶辅助系统

针对驾驶员因疲劳、分心以及横向风等因素,无意识地使车辆偏离车道线的问题,提出了一种通过固定的共驾系数实现辅助驾驶系统与驾驶员之间人机共驾的车道保持驾驶辅助系统研究方法。为了模拟驾驶员分心、疲劳状态,建立了驾驶员模型。在驾驶员模型的基础上,采用分层控制方法设计车道保持驾驶辅助系统。上层控制器利用模型预测控制方法设计转向角矫正策略;下层控制器根据上层控制器计算的期望横摆力矩对车辆进行防侧翻稳定性控制。搭建CarSim与Matlab/Simulink联合仿真平台,设计不同行驶工况,并分别采用人工驾驶和辅助驾驶2种方式进行仿真试验,仿真结果表明:无论在高速、低速或者低附着系数路面,当人工驾驶的车辆偏离车道中心线时,驾驶辅助系统均能及时矫正车辆的行驶方向,保证车辆稳定地跟踪车道线。     

双点预瞄式智能车大曲率路径的横向控制

针对智能车在大曲率弯道中转向机构过早响应以及跟线精度不高的问题,提出了一种基于双预瞄点的智能车大曲率路径横向模糊控制方法。首先建立了车辆的横向控制系统结构,给出了车辆的动力学模型和视觉预瞄模型,进而提出了双点预瞄调节策略,给出了模糊控制器的设计方法并采用遗传算法进一步优化了控制器的控制规则,最后通过仿真实验验证了控制器的有效性及准确性。结果表明:所设计的控制系统能根据前方道路的曲率及车速实时调节预瞄距离,既能确保车辆的转向角以较高精度实时跟踪大曲率路径,又能保证车速在弯道中处于预定的受控范围内。     

智能车辆路径跟踪横向控制研究

针对传统基于单一控制方法的车辆路径跟踪控制算法无法准确跟踪路径的缺点,以智能车作为研究对象,提出基于预瞄控制和模糊滑模控制的车辆横向控制算法。基于智能车在横向控制中的运动特性,建立横向和横摆两个自由度的车辆模型。针对传统基于反馈控制的方法实时性差的缺点,通过建立预瞄模型来获取预瞄偏差,保证车辆在行驶中提前预估前方道路环境信息,提高实时性。基于滑模和模糊控制,设计了智能车辆路径跟踪横向控制器。采用由集成偏差组成的滑模切换函数及其微分作为控制器的输入,把对误差的控制转化为对滑模函数的控制,保证了车辆转向时的稳定性。Matlab/Simulink的仿真结果表明:智能车辆路径跟踪横向控制器能够在曲率急剧变化的路段实现路径准确跟踪,满足车辆实际行驶要求。     

基于分层式控制器的纯电动汽车车距控制研究

鉴于智能车辆的车距控制研究大多是针对传统燃油车,并缺少对多工况控制算法的研究,在Carsim/Simulink平台搭建了纯电动汽车动力学模型,以行车安全性为首要目标,结合驾驶员的驾驶特点和乘坐舒适性,建立了一种可变安全距离模型,设计了线性二次型最优控制理论和模糊控制理论相结合的分层式控制器,针对前方无车的情况,设计了定速巡航控制器。基于Carsim和Simulink联合仿真平台,对起停工况、定速巡航工况和距离保持工况进行仿真验证,结果表明分层式结构控制器具有较好的控制效果和鲁棒性,使智能车辆按照期望距离和速度安全行驶。     

基于轮毂电机电动车的横向稳定性控制研究

选取具有独特性能和优势的电动车作为研究对象,采用轮毂电机加上液压系统进行动力输出,设计稳定性控制器对车辆的横摆稳定性进行控制。通过分层结构的控制器对横摆力矩进行控制,利用电液协调系统调节,增强其横摆稳定性。经研究,设计的基于滑模控制横摆稳定控制器以及电液协调系统对车辆横向稳定性有很大提升。从仿真结果来看,对于质心侧偏角和横摆角速度控制效果很好,车辆抗失稳能力有很大提升,证明了电液协调系统和滑模控制的可靠性。通过NI硬件在环系统对所设计控制器进行验证,证明了其有效性和实时性。     

四轮独立驱动电动汽车直接横摆力矩控制

为提高四轮独立驱动电动汽车横摆稳定性,在考虑纵向车速控制的基础上设计了直接横摆力矩控制策略。该控制策略由上下两层组成,上层控制器为基于车辆运行状态反馈的附加横摆力矩控制器,其控制方式为通过实际反馈的车辆状态参数与参考值对比,设计线性二次型调节器(LQR)计算目标附加横摆力矩。下层控制器为基于路面附着条件及前后轴荷比的轮毂电机转矩分配控制器。通过CarSim与Simulink建立联合仿真模型,选择双移线和正弦输入2种工况进行仿真试验。结果表明:所设计的控制策略能够使车辆质心侧偏角和横摆角速度较好地跟随参考值,可有效避免车辆侧滑失稳,提高车辆横摆稳定性和行驶安全性;与PID控制相比,LQR控制能够更有效地抑制横摆角速度振荡峰值。     

模块化智能温湿度控制器的设计与实现

针对传统温湿度控制器更换中存在浪费及可能触电的问题,设计了基于分列模块的智能温湿度控制器,该装置分为电源、温湿度检测、加热除湿控制、分析控制和显示面板等5个模块,采用标准化插件式设计,在装置发生故障时,可以通过不停电更换某个插件的方式排除故障.     

离散时间输入时滞广义系统的RHC镇定控制

本文研究离散时间具有输入时滞的广义系统的RHC镇定问题.构造了一个包含两个终端加权矩阵的性能指标,在满足正则性和无脉冲的前提条件下,通过使该性能指标单调递减得到系统可镇定的充分条件,该条件可通过线性矩阵不等式进行求解.在满足可镇定的条件下,运用LQR的方法得到系统可镇定的显式RHC控制器.     

基于自适应Backstepping的分布式驱动电动汽车容错控制

针对分布式驱动电动汽车控制系统发生不确定的执行器故障情况,提出一种基于自适应Backstepping的容错控制方法。对电动汽车控制系统建立驱动电机故障模型,描述可能发生的执行器故障情况;采用自适应控制和Backstepping控制设计相结合的策略,针对各故障情况分别设计一种容错控制器;将各控制器进行融合得到一个复合控制器,提高了车辆的安全性和可靠性。基于Matlab进行了仿真验证:给出的容错控制方法能够保证车辆闭环系统稳定和渐近跟踪给定的输出指令,提高了车辆的操纵稳定性和执行器故障容错性能。     

应用无迹卡尔曼滤波算法的车辆侧倾稳定性控制

考虑轮胎的非线性,建立了9自由度动力学车辆模型,并在Matlab/Simulink中建立了仿真模型。针对车身侧倾角及其角速度难以测量的问题,以侧向加速度、4个车轮的垂直加速度、4个轮胎的变形、4个悬架动挠度和横摆角速度等14个状态量作为量测变量,运用无迹卡尔曼滤波算法,设计了基于车辆动力学模型及运动学关系相结合的车身侧倾角及其角速度观测器。仿真结果表明:车身侧倾角及其角速度的理论值和估计值较为吻合。针对车辆转向侧倾过大的问题,基于滑模变结构控制理论和车身侧倾角及其角速度估计值,设计了主动侧倾控制器,并在Matlab/Simulink中进行了仿真。仿真结果验证了主动侧倾控制器的有效性。     

基于MPC算法的车辆自适应巡航系统分层控制研究

以前车加速度为参考,考虑跟车效率、行车安全性等因素,建立了车辆的自适应巡航控制策略;设计了基于模型预测控制算法(MPC)计算期望加速度的上层控制器;建立了逆纵向动力学模型计算节气门开度或制动力,实现自适应巡航功能的下层控制器。通过Matlab/Simulink和Carsim软件的联合仿真对巡航工况、巡航-跟车综合工况进行验证,结果表明:该控制方法能够使车辆获得理想的巡航速度,实现车辆在安全车距下较好地跟踪前车。     

基于扰动观测器的四旋翼飞行器跟踪控制

针对存在不确定干扰的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题,提出了非线性干扰观测器和扩张状态观测器对系统中的扰动进行估计,并将估计值与最优控制器、滑模控制器的设计相结合,克服了模型不确定及外部不确定干扰问题,并实现了飞行器系统跟踪误差的一致有界。通过李雅普诺夫稳定性理论验证了用上述方法设计的控制器系统的稳定性。通过仿真验证了该控制器能够实现对飞行器的轨迹跟踪控制。     

基于径向基函数网络的非线性通用模型控制

为了克服通用模型控制器要求过程一阶微分模型应该有显式解的局限性,提出了一种基于神经网络的通用模型控制方法,将非线性过程模型应用逆系统的方法在控制算法中直接嵌入过程模型,从而保证通用模型控制策略的可实现性。其参考轨迹是一条典型的二阶曲线,由于径向基函数网络具有许多优点,该控制策略中的神经网络为径向基函数网络。该控制器参数具有明显的物理意义,参数整定方便。仿真实验验证了该控制策略的有效性。