汽车差动助力转向系统的可拓协调控制

根据电动轮汽车各轮扭矩独立可控的特点,改变左右转向轮的驱动力差提供转向助力,实现差动助力转向.考虑到差动助力转向系统对汽车稳定性的影响,利用Carsim/Simulink建立轮毂电机驱动电动汽车模型,设计了两层差动助力转向稳定性可拓协调控制系统.在上层控制器中,根据汽车行驶状态,建立可拓协调控制器,其中将二维可拓集合中的可拓距转换到一维可拓集合中计算,求解关联函数,确定各控制器输出权重.在下层控制器中,采用转向盘转矩直接控制策略,建立差动助力转向控制器;根据可拓域和非域中汽车状态的不同,实现基于横摆角速度和质心侧偏角的切换控制,进而建立横摆力矩控制器;基于二次规划方法对四轮驱动转矩优化分配,并根据所处的值域对3种不同的约束条件进行选择.最后利用Carsim和Matlab/Simulink在不同路面附着系数的双移线工况下进行仿真.仿真结果表明,与差动助力转向系统单独工作时相比,当路面附着系数为0.8时,该控制系统能够提高道路跟踪能力,横向偏差最多减少50%,纵向偏差最多减少30%,横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度明显减小,其均方根值分别优化了54.9%,21.4%和22.3%,改善了汽车操纵稳定性;当路面附着系数为0.4时,该系统能够避免汽车失稳,提高行车安全.     

基于遗传算法优化的EPS路感混合H2/H∞控制

针对电动助力转向（EPS）系统统存在系统模型、干扰等不确定性，以及对系统动态特性的要求，提出基于遗传算法的EPS系统混合H2/H∞控制器．在EPS系统及整车二自由度数学模型基础上，以转向路感、系统鲁棒性和转向稳定性为控制目标，构建系统的状态空间方程和增广被控对象矩阵，并运用H2/H∞方法极小化系统中各种干扰对被控输出的影响，并在此基础之上应用H2方法对系统进行优化，提出基于遗传算法的EPS系统混合H2/H∞控制方法.EPS系统路感仿真结果表明，基于遗传算法的EPS系统混合H2/H∞控制器，综合了H2/H∞控制和H2/H∞控制的优点，具有较好的鲁棒性能和鲁棒稳定性，可有效抑制路面随机激励、转矩传感器量测、模型参数不确定等所引起的各种干扰和噪声，使驾驶员获得满意的路感．     

电动助力转向系统的建模及其全工况控制

将电动助力转向系统模型、轮胎模型以及非线性整车模型联系起来，建立完整的汽车转向动力学模型。针对EPS转向、回正、阻尼三种不同的工况，采用自适应模煳PID扣PID控制算法对EPS分刺进行了助力、回正、阻尼控制。仿真结果表明：所设计酶动力特性比较好的解决了转向轻便性和路感的矛盾，回正控制改善了车辆低速对低速时正性，抵制了车辆高速时的回正超调现象，阻尼控制能够有效的抑制路面的高频干扰，提高了汽车高速直线行驶的稳定性。     

基于模糊滑模控制策略的电动助力转向系统的回正控制

参考整车二自由度模型,建立汽车在低速和中高速回正工况下的电动助力转向系统动力学模型.考虑到系统的复杂性、模型参数的不确定性和外界扰动,结合两种具有良好鲁棒性的控制策略(模糊控制策略和滑模控制策略)各自的优点,设计了用于改善电动助力转向系统回正特性的模糊滑模控制器.仿真结果表明,汽车低速和中高速时的回正特性都得到了改善,很好地解决了汽车回正过程中的回正不足和回正超调,验证了模糊滑模控制算法的有效性.     

四轮转向车辆分数阶控制方法研究

四轮转向系统(4WS)可根据前轮转向和车辆的状态通过后轮的转向提高车辆转弯能力, 同样, 利用这一转向系统可以改进车辆的横向稳定性和操纵性能. 当前轮转向相同时四轮转向车辆的转弯半径大于两轮转向, 而且普通的控制方法不考虑前轮转向的动态过程影响. 本文利用分数阶导数理论提出一种新的四轮转向控制方法, 其不仅考虑前轮转角和横摆角速度的大小, 而且也考虑到转向角速度的影响. 同时也给出控制方法的一些设计方法, 数值计算结果验证了该控制方法的有效性. 通过对两轮转向和四轮转向的转弯车辆的侧偏角、车辆绕质心的横摆角速度和转弯半径等动力学和运动学特性的计算结果比较, 本文的控制方法对四轮转向车辆在转向过程中的瞬态响应有所改进, 并减小了转弯半径.     

电动汽车底盘一体化控制技术的发展趋势与展望

汽车电动化、智能化的发展趋势对底盘系统提出了新的要求和挑战。电动汽车底盘控制系统正从传统的纵横二维平面控制转向整合车轮、转向甚至悬架功能的纵向、横向、垂向三维空间全方位立体综合控制。其中,基于轮毂电机技术的汽车底盘系统是实现这一目标的有效手段。本文对相关的底盘控制技术、主动悬架技术、主动轮系统进行了介绍,认为基于轮毂电机集成主动悬架的电动汽车底盘空间一体化控制技术将是今后的重要发展方向。最后,提出了这一发展过程中的关键问题,包括:轮毂电机及悬架一体化执行器的性能改进和一体化优化设计、全方位底盘系统控制策略以及执行器的测试、标准化与安全性等。     

高速工况智能车辆转向系统混杂控制研究

通过分析高速工况下交通事故的主要类型及驾驶员的3种基本驾驶行为,可知该工况下转向系统既有离散状态又有连续状态的特性,进而提出基于混杂系统理论的智能车辆转向系统多模式切换控制策略,并利用跨道时间和安全距离作为切换规律.以线控转向系统为执行机构,分别设计阻尼模式、保持模式和换道模式控制器.其中保持模式引入了一种控制预瞄点处侧向偏差的一阶导数和二阶导数的方法,不但有效地防止了超调,而且减少了车辆回到车道中心线的时间;换道模式利用模型预测控制算法,加入多个约束,提高了车辆换道过程的稳定性.从混杂系统稳定性的角度出发,设计了简单有效的稳定性监督器,防止车辆失稳.最后,在Car Sim/Simulink联合仿真平台及Car Sim/Lab VIEW硬件在环测试平台上验证了本方法的有效性和切换过程的稳定性.     

用于光通信与互连、集成差分光电探测器的标准CMOS全差分跨阻放大器

基于标准CMOS技术,提出和研究了一种用于光通信与光互连、集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器(TIA).为实现全差分特性,提出了一种新型全差分光电探测器,其作用是将入射光信号转换成一对全差分光生电流信号,并保证电路结构和模型的全差分对称性.理论分析和仿真结果均表明:与常规的、集成光电探测器的差分跨阻放大器相比,该全差分跨阻放大器的带宽更高,灵敏度也同时被提高一倍.基于该集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器,采用特许3.3V,0.35μm标准CMOS工艺设计和制造了一种单片全差分光电集成接收机.其跨阻增益为98.75dBΩ,从1Hz至-3dB频率点间的等效输入积分噪声电流为0.334μA.该光接收机采用了单一的3.3V电源;跨阻放大器与限幅放大器的总功耗为100mW;50Ω输出缓冲器的功耗为138mW.对于850nm的入射光、-12.2dBm的峰峰光功率和231–1位伪随机二进制序列输入信号,该光接收机达到了1.1GHz的3dB带宽和1.6Gbit/s的数据率.     

基于响应面法的汽车操纵稳定性多目标优化

利用ADMS／CAR软件建立整车的虚拟样机模型，对其进行转向盘转角阶跃试验和蛇形试验，井根据相关评价计分标准，得到整车模型在这两种试验中的评价计分值。然后以客观定量评价指标为目标函数，利用ADAMS／Insight及Matlab软件结合响应面法对整车的操纵稳定性进行多目标综合优化，优化后的评价计分值明显提高，表明此方法可以用于汽车操纵稳定性的多目标优化。     

“刚-柔”共融型仿生机器鱼

智能软材料以其高柔顺度、多功能、多物理场效应等优良行为得到了研究者们的关注.作为一类典型的智能软材料,介电高弹体(DE)具有电驱动大变形、快速响应、质轻价廉、生物亲和性好等优点,具有广阔的应用前景.该材料尤其适合作为人工肌肉应用到仿生机器人中,实现其结构柔软与大变形驱动.本文以蝠鲼为仿生原型,基于材料的电压驱动控制大变形机制,设计优化了一类介电高弹体薄膜面内驱动变形转化为扑动-波动混合型推进的驱动机构.将该机构用于胸鳍驱动的机器鱼系统,通过电子器件-刚性结构-柔性材料的融合集成,成功设计了一种材料与结构"刚-柔"共融型仿生机器鱼,并开展了相应的性能测试和功能集成."刚-柔"共融型仿生机器鱼通过分别独立控制两个胸鳍机构,可实现良好的机动性能;并利用高分子材料特性,可实现结构柔软与全透明化等优异的环境适应性能.该研究结果和机构设计原理将有望为"刚-柔"共融型机器人和仿生机器人的研究与应用提供参考.     

Mecanum三轮多向行走系统结构与运动原理

常规Mecanum轮一般用于组成四轮全方位系统。将三个完全相同的常规Mecnum轮放置在等边三角形的三个顶点，能构成一种具有实用价值的多向行走系统。该系统不需转向轮或转向机构，仪利用3个轮子旋转速度大小和旋向组合实现平面上一个绕车身中心的定轴旋转、三个沿车身三角形对角线的直线运动。并给出了该系统的结构图，分析了系统实现上述运动的运动学原理。     

一种基于光纤光栅的双月牙弧轮辐式扭矩传感器

设计了一种量程为100 Nm的轮辐式光纤光栅扭矩传感器。该传感器的弹性元件采用轮辐式,并创新地采用双月牙弧形状的辐条结构,大大提高了弹性元件的应变灵敏度。在有限元仿真的基础上,以变形量最大为目标函数,对弹性元件的几何尺寸进行了优化设计。通过仿真和实验验证,该弹性元件的应变量与光纤光栅反射光中心波长的偏移量成线性关系,这种新型轮辐的应变灵敏度比传统轮辐提高近一倍,为18 pm/Nm,重复性误差为±1%。     

多通信接口的M_BUS数据集中器的硬件设计与实现

详细介绍了一种多通信接口的M_bus数据集中器的硬件设计.使用嵌入式主控芯片LPC2387,实现了数据集中和处理,集成在系统中的Profibus总线接口、RS232异步串行口、CAN总线接口、以太网接口使得数据可以在多种总线上进行传输.测试结果表明,该系统的通用性强,稳定性好,数据传输的可靠性高.     

基于下肢保护的保险杠结构参数多目标优化

参考国家标准，建立了下肢冲击器对汽车试验的有限元和多刚体模型，验证了两种模型仿真结果的一致性。在下肢冲击器对汽车试验的多刚体仿真模型中，选取保险杠结构参数作为设计变量，以膝部弯曲角度、膝部剪切位移、小腿上端加速度三个损伤指标值最小为优化目标，利用基于pareto最优的多目标遗传算法进行了优化设计，并对保险杠结构参数进行了灵敏度分析。仿真结果表明，保险杠离地高度对下肢损伤影响最大，由优化所得到的该组结构参数对下肢有较好的保护效果。     

基于控制理论的透平叶栅气动反设计优化

本文应用控制理论,采用提出的基于网格节点位置坐标直接变分法,研究建立了一般性优化问题的伴随系统,研究发展了基于控制理论的轴流式透平叶栅气动反设计优化方法与系统.该伴随系统的推导过程以尽可能的减少计算资源为宗旨,应用分部积分公式和连续伴随方法,最终得到的目标泛函变分的表达式中仅仅含有网格坐标变分的边界积分项,避免了梯度计算过程中网格内部节点的重复生成,相对于传统的伴随方法更进一步节省了计算资源.伴随系统的数值求解采用ROE格式近似黎曼通量和显式五步龙格-库塔时间推进法,并使用多重网格技术和当地时间步长加速收敛.为验证本文伴随系统的稳定性、通用性、收敛性和精确性,通过定义不同的目标函数进行了考核,研究结果表明,本文所研发的伴随系统和反设计优化系统具有优秀的鲁棒性和高效性,能够有效应用于轴流式透平叶栅气动反设计优化中.在此基础上,结合本文所研究的气动优化理论,建立了应用Euler方程和N-S方程的伴随方法叶栅气动反设计优化方法与系统,研发了轴流式叶栅的二维、三维无黏及黏性条件下的压力反设计、等熵马赫数反设计软件,成功进行了数值算例研究,验证了该优化系统的有效性和经济性.     

一种集成通用高超声速飞行器气动工程预测系统

本文建立了一种面向高超声速飞行器的集成通用气动预测系统.通过引入CAD/CG建模技术实现了复杂飞行器3D几何模型的快速准确建模,并可以利用网络上的共享模型资源直接计算.引入FEM技术和自由网格生成算法,实现了复杂飞行器模型的快速网格生成.设计并开发了通用面元几何分析程序,建立了外法线快速矫正方法.基于面元气动分析理论开发了面元气动分析求解器,实现了面元气动计算和整机气动参数整合,能计算飞行器的气动力、力矩和气动导数.通过软件集成调用技术,将几何建模、面元划分、面元分析、面元气动计算以及后处理集成在统一的软件系统中,实现了高超声速飞行器气动参数的全自动计算与分析.HTV-2和航天飞机的仿真计算结果表明了该系统的有效性.     

特征驱动的结构拓扑优化方法

本文提出一种以特征作为结构拓扑优化基本设计要素的方法.该方法从CAD特征设计概念出发,通过采用隐式水平集函数建立结构的特征模型,将结构拓扑优化转化为设计域内特征布局和形状优化问题,避免了传统拓扑优化方法仅从力学性能角度寻优材料分布,导致拓扑优化结果过于抽象、工程特征差的弊端.本文针对给定体积约束条件下的结构柔顺度最小化问题,发展了固定网格框架下结构响应分析与形状灵敏度分析计算方法,理论上保证了灵敏度计算精度与结构水平集函数的数学表达形式无关.最后以带孔悬臂梁结构与飞机发动机支架结构为例,采用超椭圆/球特征设计要素验证了该方法的有效性与优越性.     

基于GIS平台的县级森林资源管理信息系统的分析与设计

本文讨论了以PowerBuilder为集成环境,以Maplnfo为GIS软件,应用集成的方法设计和开发通用的县级森林资源管理信息系统的方法;同时对系统的总体目标、系统的功能进行了分析和设计.系统利用PowerBuilder强大的数据窗口功能极大的提高了系统的通用性,同时也很好的解决了一直困扰森林信息管理者很久的数据标准化问题;本文还对MapInfo与PowerBuilder集成等几个关键技术问题进行了探讨,并在系统中得到应用,使系统不仅能够快速的建立个性化的县级森林资源信息管理系统,并且实现了教据和图形的交互,能够更加准确和形象的为决策者和管理者提供基础数据的支持.     

基于FPGA和USB的数据采集系统设计

以逻辑器件FPGA和USB2.0芯片CY7C68013为核心,设计了4路模拟输入、12位数字精度、每路模拟输入采样速率均为250 kBPS的数据采集系统.该系统能够在板卡上实现信号的采集及前端处理,并能通过USB总线与上位机通信.实现数据的存储、显示及后端处理.在数据采集与传输模块的设计中,给出了数据采集和传输的原理图及其电路的详图,详细的介绍了FPGA在数据采集系统中的实现过程.     

随机非线性系统二次跟踪型风险灵敏度指标下的满意输出反馈控制设计

在无限时区跟踪型风险灵敏度(risk-sensitive)指标下, 研究了一类严格反馈随机非线性系统的满意输出反馈控制问题. 所用指标函数为实际中常见的二次型函数, 而非为回避控制器设计及闭环系统性能分析的本质困难而采用的四次型函数. 对任意给定的风险灵敏度参数和期望指标值, 利用积分反推(integrator backstepping)方法构造性地给出了一个输出反馈控制器, 使得闭环系统在概率意义下有界, 并且风险灵敏度指标不大于所给的期望值.