基于连续小线段曲率连续全局光顺算法

小线段所描述的曲线轨迹在相邻线段的转角处,由于在切线方向会发生突变,曲率也不连续,从而导致了刀具加工中,在通过转角处时会发生速度波动和加速度突变。笔者提出一种基于三次B样条插值拟合的连续小线段路径全局光顺算法,对满足转角和弓高误差约束的连续小线段进行插值拟合,使拟合刀具路径达到G2连续,从而有效提高进给速度,改善加工质量,提高加工效率。最后通过仿真实验验证了本文中算法是有效的。     

自抗扰算法在无人车路径跟踪控制中的应用

为了提高无人驾驶车辆路径跟踪的精度与稳定性,设计一种对车辆不确定性和外部干扰具有较强鲁棒性的ADRC控制算法,并基于粒子群优化算法对其关键参数进行整定,进一步提高控制器效果。该控制算法优势在于设计简单,计算量较小,能够实时估计和补偿未知扰动。基于Matlab/CarSim联合仿真平台,对所研究算法与PID算法进行仿真验证。结果表明:在双移线工况下,与PID控制器相比,所提出的ADRC控制算法具有更强的鲁棒性,能够有效改善由道路曲率变化而导致车辆抖动的问题,实现更加精确、稳定的路径跟踪效果。     

基于5次非均匀B样条曲线的4自由度机器人轨迹规划

为降低工业机器人工作过程中的振动与冲击，减少磨损以延长使用寿命，课题组以某公司SCARA 4自由度机器人为研究对象，采用5次非均匀B样条曲线对其关节空间进行轨迹规划研究。利用弦长参数法和平均值法选取节点，将离散路径点作为型值点反解出B样条控制点；在端点处进行运动约束，通过指定的端点导矢，在MATLAB中进行仿真实验，并与5次多项式函数插值进行对比分析。分析结果显示：5次非均匀B样条插值出的机器人运行轨迹平稳连续，且各关节速度、加速度以及加加速度轨迹曲线亦光滑连续无突变。该插值方法可有效提高机器人工作的平稳性，非常适合于精确抓取和搬运领域。     

基于人-车-路闭环系统的路径跟踪模型预测控制

为提高人-车-路闭环系统的路径跟踪能力以及操纵稳定性能,利用Matlab/Simulink软件,搭建了3自由度汽车动力学模型以及基于车辆侧向加速度反馈修正的预瞄驾驶员模型,并与Carsim模型进行对比验证,检验了上述模型的正确性;根据模型预测控制理论,搭建了基于主动转向的路径跟踪模型预测控制器,采用双移线路径作为仿真工况,分别在有/无模型预测控制的情形下进行了仿真。结果表明:该模型预测控制器可将路径跟踪的误差均值控制在0. 1m以内,将瞬态误差极值降低50%左右,并消除了路径跟踪后期的震荡现象;此外,可保持汽车侧向加速度、横摆角速度值等操纵稳定性指标在合理范围之内。研究结果可为智能汽车的人-机共驾研究以及无人驾驶方向的进一步研究提供参考。     

分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制策略研究

针对某型纯电动汽车进行轮毂电机参数匹配设计,建立整车参数化模型;以横摆角速度和质心侧偏角偏差作为控制目标,基于滑模控制理论及罚函数法,提出整车横摆稳定性控制和轮毂电机转矩分配控制策略;选取双移线和鱼钩试验2种典型工况,与无控制和模糊PID控制策略进行对比分析,对控制策略进行仿真验证。结果表明:采用积分滑模控制策略后,双移线试验工况下,车辆横摆角速度最大值为0.17 rad/s,质心侧偏角最大值为-0.038 rad;鱼钩试验工况下,车辆横摆角速度最大值为0.23 rad/s,质心侧偏角最大值为0.049 rad,均小于未加控制时车辆的状态参数,所提出的整车横摆稳定性控制策略能够有效对车辆进行横摆稳定性控制,降低车辆失稳机率。     

智能车辆弯道换道路径规划算法与跟踪控制

为解决智能车辆在弯道工况下换道过程中的路径规划与跟踪控制的问题,提出一种弯道主动换道系统,主要包括基于可拓优度评价的弯道换道路径规划算法与基于模型预测控制的路径跟踪控制方法。该路径规划算法分为:上层路径生成器和下层路径选择器。上层路径生成器以不同的纵向距离采用5次多项式生成路径集合,下层路径选择器基于换道距离、侧向加速度、横摆角速度和质心侧偏角建立可拓优度评价控制器选出最优路径。通过参数优化的模型预测控制算法对规划的路径进行跟踪控制,基于Carsim和Matlab/Simulink的虚拟平台仿真验证该换道系统的有效性。结果表明:车辆在弯道上以不同的速度行驶,换道时,该系统皆能合理地规划出换道路径且能对换道路径进行准确、稳定跟踪控制。     

一种改进A~*算法在智能车中的应用研究

在智能车的自主导航中,要求规划模块在满足一定限制条件下,生成符合智能车运动特性的路径。而传统A~*算法存在着路径点不平滑,路径点紧挨障碍物和起始时刻路径不合理的问题。为了解决传统A~*算法所存在的问题,首先建立了车辆运动学模型并得到约束条件,同时将方向代价和自适应障碍物惩罚代价加入评价函数中;然后用车辆约束条件优化启发函数和路径优化模块;最后通过自由边界三次插值算法拟合转折点,使A~*算法规划的路径能够更好地被跟踪。通过实验分析可知:相比于传统A~*算法,改进A~*算法规划的路径更适用于实际车辆的运动控制。     

基于非线性车辆模型的行驶状态与路面附着系数估计

路面状况和行驶状态的准确识别是车辆安全行驶和主动控制的重要依据。为了验证车辆行驶状态和路面附着系数估计的有效性,建立了包含Dugoff轮胎模型的四轮三自由度整车仿真模型,提出了基于扩展Kalman滤波理论的车辆行驶状态与路面附着系数估计算法。车辆在设定的双移线路面附着系数分别为0.8、0.7、0.6的工况下进行仿真,对比车辆的运动状态和车辆转向输入激励的趋势的一致性,验证了该模型的合理性。结合该模型计算出的Dugoff轮胎模型纵向和侧向归一化力,通过Matlab编程实现扩展卡尔曼算法估计,算法估算得到的汽车行驶状态参量和路面附着系数与仿真值进行对比。通过结果对比表明,车辆行驶状态估计值与Simulink数值解的均方根误差(RMSE)指标最大值不大于0.03,由于轮胎与路面是动态接触,路面附着系数呈上下波动状,实现了对车辆行驶状态参量和路面附着系数的实时估计,为重型车辆稳定性控制提供了理论基础。     

基于两阶段算法的带时间窗车辆路径研究

车辆路径问题(VRP)是研究在规定区域内如何规划车辆行驶轨迹来提高运输效率的调度问题。实际生活中往往有顾客对服务时间有自己的要求,因此对于特定时间内车辆路径问题(VRPTW)的研究不但可以提高运输行业配送水平,而且可以有效提高顾客满意度及车辆利用率,实现资金合理配置。通过研究大量配送环节的VRPTW问题并结合实际配送需要,构建运输成本最小的带有惩罚函数的目标函数并设计两阶段算法,将聚类分析和改进遗传算法相结合。通过MATLAB仿真计算和对实验结果进行比较,验证所建模型及算法设计能够有效解决实际问题,降低配送成本。     

基于预瞄模糊控制的自动泊车算法研究

针对目前自动泊车系统转向不连续问题,提出一种两段式泊车路径规划算法,采用Sigmoid函数对路径进行函数拟合,确定泊车路径。建立了横向预瞄模型,对路径追踪误差进行估计,采用模糊控制方法,对拟合后的理想路径进行追踪;搭建了Pre Scan虚拟仿真环境,通过超声波传感器获取车位信息,对提出的基于预瞄模糊控制的自动泊车算法进行了仿真验证。仿真结果表明:Sigmoid函数对两段式泊车路径的拟合决定系数可达0.99以上;采用该预瞄模糊控制泊车算法,汽车能很好地追踪规划的路径,并成功泊入预定车位。     

考虑舒适性的AEB避撞算法及仿真验证

为进一步优化汽车自动紧急制动系统的避撞算法,设计了考虑制动过程驾乘舒适性的制动减速度控制策略。通过设置制动减速度变化缓冲区对制动减速度及其变化率进行限制,得到满足舒适性条件的减速度控制曲线。基于AEB典型测试工况对设计的减速度控制曲线进行具体分析,提出了新的制动安全距离模型。最后,建立车辆纵向动力学模型并通过CarSim与Matlab联合仿真对提出的避撞算法进行仿真验证。仿真结果显示:提出的避撞算法能够在实现有效避撞的同时满足舒适性条件。     

基于改进蚁群算法的汽车避障路径规划

为在不同工况下为汽车规划出一条安全且合理的局部避障路径,利用MAKLINK图论法建立带有障碍物的二维环境模型,通过Dijkstra算法规划初始次优避障路径,考虑车辆运动学等约束改进蚁群算法,从而搜索出一条最优避障路径。在Simulink中搭建车辆-驾驶员闭环系统模型,将最优避障路径输入到该模型中进行路径跟随;根据汽车主动安全评价指标对路径跟随效果及车辆横向稳定状态进行评价。结果表明:改进蚁群算法规划出的避障路径具有较好的跟随效果,且符合车辆横向稳定性要求。说明改进后的蚁群算法进行汽车局部路径规划具备一定可行性。     

基于激光扫描和工业机器人的不锈钢保温杯自动焊接

由于激光焊接对保温杯的位置精度要求很高,依靠传统的工装夹具已无法满足要求,一种由笔者设计的激光扫描的视觉系统对保温杯 杯口和杯底进行非接触扫描测量,对激光视觉采集的数据进行平滑处理,得到光滑的三维轨迹。焊缝轨迹平滑处理包括改进的RANSAC算法和均匀三次B样条曲 线拟合相结合的方式。最后,设计模糊控制进行焊缝在线跟踪控制。实验结果表明,该方法可以获得平滑精确的保温杯杯口和杯底三维测量,明显提高了焊接质 量。     

面向工业机器人的位姿同步加减速算法

为满足工业机器人在执行笛卡尔空间下的连续轨迹控制指令时,机器人末端执行器位置轨迹和姿态轨迹光滑连续且同步规划的要求,提出一种面向工业机器人的位姿同步加减速算法。从正弦波加速度曲线加减速控制方法出发,采用最佳平方逼近法,求出了具有光滑连续曲线的加速度-时间、速度-时间和位移-时间函数。在所求函数的基础上,按照完全同步控制策略,给出了位置轨迹和姿态轨迹的同步规划处理过程,最终得到位姿同步加减速算法。实验结果表明:相较于非对称S曲线加减速控制方法、带约束S型曲线加减速控制方法和正弦波加速度曲线加减速控制方法,以及本文所提算法的规划运动时间分别缩短了5%、5%、3.2%,时间复杂度分别降低了48.9%、50.5%、16.4%,运动曲线平滑性更好,实现了位置轨迹和姿态轨迹的同步规划处理。     

基于CORS定位的无人驾驶路径跟踪研究

针对无人驾驶车辆的路径跟踪问题,提出了一种基于CORS(continuous operating reference station)网络定位的路径跟踪方法。利用GPS和BDS测量的轨迹,将大地坐标模式(L,B,H)转变成空间直角坐标(X,Y,Z)。因为网络CORS定位时受到不同因素的干扰,使其GPS和BDS在精确定位时产生跳动和变化,利用载波相位平滑差分技术,减少定位时的误差,网络CORS定位形成的轨迹精确程度可提高4～5倍。对比分析测量轨迹和实际规划轨迹,得出路径跟踪的偏差区间,不断的实验仿真和调整可实现测量轨迹与规划轨迹的偏差区间以及路径跟踪偏差区间。     

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。     

基于改进AWA~*算法的智能车辆全局路径规划研究

针对目前智能车辆中AWA~*算法规划在较短时间内无法提高路径质量的问题,提出了一种可在较短时间内快速提高路径精度的优化AWA~*算法。在原有AWA~*算法的估价函数下引入了动态优化因子ε~*,建立了新型的估价函数,设计了新的启发式能耗预估代价,证明了所提出的启发式预估代价满足可采纳性和一致性,确保了优化AWA~*算法可在较短时间内获得更优路径。同时进行了路径规划耗时误差仿真实验,验证了优化AWA~*算法在面对复杂环境地图时搜索耗时误差具有一定局限性,在此基础上进行了低百分比和高百分比障碍物环境地图普适性仿真实验,对比分析了优化AWA~*算法与传统AWA~*算法的扩展节点数目、耗时情况和路径精度。仿真实验结果表明:在全局工况下,相比于AWA~*算法,优化AWA~*算法可在更短时间内提高规划的路径质量,尤其是在低百分比障碍物地图下,效果更为明显。     

螺丝锁付装置取放料时间寻优轨迹规划

为提高螺丝锁付装置的锁付效率，课题组针对锁付过程中最频繁的取放料操作进行时间寻优轨迹规划。课题组以旋量理论建立运动学模型，基于运动合成的思想，采用多段六次多项式插值算法进行规划轨迹，并结合改进粒子群算法得到时间插值节点的优化解。仿真实验结果表明：采用改进粒子群算法，在迭代约40次时算法达到收敛，轨迹所需时间相对于优化前缩短了约30%；关节空间下各关节的位置、速度和加速度曲线连续平滑，无明显突变，末端笛卡尔空间下轨迹满足取放料轨迹的设计要求。该时间最优轨迹规划的方法有效提高了螺丝锁付装置的工作效率。 〖HT5”H〗关键词：螺丝锁付；轨迹规划；旋量理论；改进粒子群算法；六次多项式插值算法     

基于LazyPRM算法的工业机械臂动态避障和轨迹规划及协调作业研究

针对6自由度关节串联型工业机械臂在动态作业环境中的实时智能避障问题,首先提出了一种基于改进LazyPRM算法的实时路径规划方法。该方法在传统的LazyPRM算法的基础上,引入了节点代价来对最短路径进行代价评估,通过优先选择最小代价的最短路径来避开发生碰撞的路径;然后通过仿真实验对比了传统的路径规划方法与所提出方法的性能优劣,结果表明所提出的方法满足工业机械臂在动态环境中的实时避障规划要求,避障性能优于传统方法;接着利用五次多项式轨迹插补方法对工业机械臂进行关节空间的轨迹规划,仿真表明:采用五次多项式插补法可以得到平滑的关节角度、角速度及角加速度变化曲线;最后利用装配有五指灵巧手的工业机械臂进行单手和单臂、双手和双臂协调配合,进行抓、夹、插剪、推、锤等作业,仿真实验确认了本文所提方法的有效性。     

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。