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.     

智能车辆弯路换道轨迹规划与横摆率跟踪控制

对自动化公路系统弯路上智能车辆换道控制进行了研究.假设期望的侧向加速度满足正反梯形的约束条件,考虑起始车道和目的车道曲率的差别,提出了一种弯路上车辆换道轨迹规划方法,推导了换道时车辆在惯性坐标系的期望运动状态计算公式;根据车辆期望运动状态计算了车辆换道时的期望横摆角、横摆角速度和横摆角加速度;假定依靠角速度传感器获得横摆角速度信息,基于车辆侧向动力学模型,采用非奇异终端滑模控制方法,设计了横摆角速度跟踪车辆换道滑模控制规律.基于李雅普诺夫稳定性理论,采用相平面法,对控制系统的有限时间收敛性进行了分析.仿真结果显示,若不考虑内外侧车道曲率差别,规划的期望换道轨迹,在换道结束时与目的车道位置之间总是存在偏离,偏离程度随曲率半径减小而增大;本文考虑内外侧车道曲率的差别,能得到无偏差的期望换道轨迹;设计的横摆率跟踪控制规律能实现对换道轨迹的理想跟踪.     

同轴并联混合动力系统模式切换控制研究

同轴并联混合动力系统在低速运行工况下发动机怠速停机对于提升整车节油率有显著的作用,然而由于同轴并联混合动力系统的自身结构特性,当系统由纯电模式切换至混合动力模式过程中,发动机需要开启并通过离合器的接合介入动力系统,这一过程中存在的电机起动发动机及离合器接合控制问题一直是混合动力控制领域研究的热点问题.针对上述模式切换控制问题,本文建立了同轴并联混合动力系统传动系模型及干式离合器及其执行机构的数学模型,考虑模式切换过程的平顺性与混合动力系统的传动效率,并结合发动机起动阻力矩及系统负载转矩的瞬态不确定性,提出了一种同轴并联混合动力系统模式切换控制方法:首先采用H∞鲁棒控制理论设计出满足约束条件且性能指标较优的离合器接合速度轨迹,然后将离合器接合速度轨迹转化成执行电机转速期望曲线,设计直流电机转速跟踪PID控制器实现离合器的快速平滑接合,然后对所提出控制方法在急加速、缓加速、不同发动机内阻以及不同车辆负载工况下的离合接合过程的仿真对比,最后利用控制器自动代码生成技术对所提出方法进行了试验验证.结果表明,所提出的控制方法可以实现混合动力系统平滑快速的模式切换过程,且整车的纵向冲击度控制在一定约束范围内,使得系统模式切换平顺性得到了保障,从而为整车模式切换控制策略设计提供理论基础.     

约束切换非线性系统给出初始稳定区域的预测控制设计

有约束切换非线性系统的稳定控制是一个重要的研究问题．通常的预测控制方法可以很好的处理约束问题并使得系统稳定,但一般首先假设其中的优化问题初始可行,而对于初始稳定区域并没有具体的描述．本文针对一类输入变量受约束且状态不可测的非线性切换系统,提出了一种混合非线性预测控制方案．其主要思想是：利用李亚普诺夫函数和状态观测器,设计在预测控制器和有界反馈控制器之间适当切换的混杂控制器,以得到初始稳定区域的描述并使得子系统闭环稳定;对整个切换系统,基于状态估计,设计在各组件间平稳切换的切换律,以保证整个闭环系统的渐近稳定性．最后通过对一个化工过程实例进行仿真,验证了本文所提控制器的有效性．     

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.     

考虑信号灯状态的电动汽车最优车速规划与避撞控制研究

为减小智能电动汽车在城市工况下巡航中的能耗并避免追尾风险,提出一种考虑信号灯状态信息的电动汽车节能与避撞分层控制系统.上层基于信号灯状态信息和车辆动态模型进行车速规划,在线滚动优化获得能耗最小的车辆参考速度序列;下层结合参考车速序列和多目标函数实时计算车辆的最优加速度并进行避撞控制.利用Matlab/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,并基于前方存在和不存在人类驾驶车辆的工况对所提出的控制系统进行有效性验证.分析结果表明,上层车速规划能根据道路交通信息变化,得到最优参考速度,改善电动汽车的能耗特性;下层避撞控制能结合最优参考速度以及多目标函数评估结果,计算车辆最优加速度控制输入.可见,所设计的系统可以保障电动汽车节能、安全地稳定行驶.     

车辆转弯制动ABS模糊控制及稳定性仿真分析

在Matlab／Simlink下建立了八自由度车辆系统的仿真模型。采用模糊控制方法,设计了基于滑移率的ABS控制算法。针对车辆转弯制动工况,对15m／s、20m／s、25m／s三种车速进行了仿真分析。仿真结果表明所建立的ABS控制器能有效提高车辆的制动性能以及中低车速下的稳定性,但定性分析表明车辆在高速工况下出现不稳定现象。为此利用稳定性判定式,对车辆转弯制动ABS控制下的稳定性做了定量判定。判定结果表明,高速时车辆仅有ABS控制并不能达到稳定性控制的要求。     

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。     

欠驱动双足机器人的指数稳定周期行走

步行机器人环境适应性强、结构复杂、运动控制难.本文研究了基于控制Lyapunov函数和混杂零动态控制的五关节欠驱动双足机器人RABBIT的指数稳定周期步态的行走方法.根据拉格朗日原理建立了机器人腿的混杂动力学模型,并对系统进行了输入/输出线性化处理.结合零动态的思想,构造了控制Lyapunov函数,设计了使混杂模型实现指数稳定的状态反馈控制器,利用限制Poincare的原理,证明了其周期轨道的指数稳定性.仿真结果验证该方法的有效性.     

运用Lyapunov指数方法的车辆横向运动混沌分析及其滑模变结构控制

建立了考虑车辆横摆、侧向以及侧倾运动的3自由度非线性整车模型：运用Lyapunov指数方法对所建立的非线性整车模型进行了混沌的数值仿真分析．通过最大Lyapunov指数图和分岔图发现,车辆的横向运动非常复杂,包含了倍周期、拟周期以及混沌运动,对于车辆极限工况时的横向运动稳定性是不利的．利用滑模变结构控制（sliding mode variable structure control,SMVSC）方法,设计了SMVSC控制器,对车辆横向运动中的混沌进行了控制．为了减少SMVSC控制系统的抖振,进一步提高车辆在极限工况下行驶的横向运动稳定性,采用了幂次趋近律,利用模糊控制的方法实现了趋近律的自适应策略．最后将所设计的自适应趋近律的SMVSC系统在Matlab中进行了仿真,并将未加控制,SMVSC控制以及自适应趋近SMVSC控制三种仿真结果进行了对比分析,发现采用了自适应趋近的SMVSC控制对混沌的控制效果比其他的都要好,有效抑制了车辆横向运动中的混沌,显著提高了车辆在极限工况下行驶的横向稳定性,充分证明了该控制策略是有效的．     

基于多系统综合控制的车辆侧翻稳定性研究

为提高车辆抗侧翻能力减小其侧翻的危险性,建立了11自由度整车侧翻模型。根据各系统侧翻控制权重及有效作用范围,提出一种基于转向、悬架和制动的多系统侧翻控制策略并设计了相关控制器。对系统单独控制及综合控制进行了仿真对比分析。结果表明,综合控制策略在提高车辆抗侧翻能力的同时也很好的改善了车辆侧向稳定性。     

基于质量工程的电动轮汽车差速转向集成优化方法初探

建立电动轮汽车差速转向和整车三自由度动力学模型,提出电动轮汽车差速转向系统转向路感、转向灵敏度、转向稳定性的概念及量化公式,集成蒙特卡罗仿真的描述取样、带精英解的非劣前沿分级遗传算法和Taguchi鲁棒性设计方法,以转向路感和转向灵敏度为优化目标、转向灵敏度和转向稳定性为约束条件,对电动轮汽车差速转向系统参数进行集成优化设计.仿真结果表明：基于质量工程集成优化的电动轮汽车差速转向系统可在保证系统具有较好的转向稳定性、转向灵敏度基础上,有效提高系统的转向路感和转向灵敏度,为电动轮汽车差速转向系统的设计和优化提供理论基础.     

具有通信受限的网络控制系统量化反馈控制

针对一类通信受限的网络控制系统,研究量化反馈控制器及动态调度策略的联合设计问题.考虑到介质访问约束和信号量化误差的影响,将网络控制系统建模为等价的离散时间切换系统;通过Lyapunov稳定理论推导出保证系统鲁棒稳定的模式及量化依赖型充分条件,并给出了量化反馈控制器的设计方法;在此基础上,设计了基于实时状态的动态通信调度策略,实现了网络控制系统的镇定控制.最后通过仿真示例验证了所提出方法的有效性.     

区间时变时滞离散广义系统的稳定与镇定

研究了一类区间时变时滞离散广义系统的稳定与镇定问题。利用一个新构造的Lyapunov泛函和线性矩阵不等式方法,给出了使得系统正则、因果且稳定的时滞相关型稳定性新判据,并在其基础上得到了系统状态反馈镇定控制律的一个直接的设计方法。在讨论过程中,充分考虑了系统时变时滞信息,且保留了Lyapunov泛函导数中的有用项,使得结果具有较小保守性。数值实例表明了方法的有效性和优越性。     

基于双容积卡尔曼滤波的车辆状态与路面附着系数估计

针对车辆行驶过程中的车辆状态与路面附着系数估计问题,论文研究了基于双容积卡尔曼滤波的车辆状态与路面附着系数估计算法,建立了采用Dugoff轮胎模型的三自由度车辆估算模型,基于双容积卡尔曼滤波理论设计了车辆行驶状态与路面附着系数估计器,使二者在估计过程中相互联系、形成闭环反馈,实现对车辆状态与路面附着的实时准确估计.选择典型工况,应用驾驶模拟器在环实验对双容积卡尔曼滤波估计算法进行了验证,并与双扩展卡尔曼滤波的估计算法进行对比分析.结果表明:基于双容积卡尔曼滤波的估计算法相对于基于双扩展卡尔曼滤波的估计算法更能够较准确地实现对车辆状态和路面附着系数的估计.     

切换耗散Hamilton系统的稳定性研究

研究切换耗散Hamilton系统在任意切换路径下的稳定问题. 在一合理的假设下, 证明了： 切换耗散Hamilton系统所有子模型的Hamilton函数可用作多重Lyapunov函数. 在此基础上, 根据耗散Hamilton系统的结构特性, 进一步证明了： 切换耗散Hamilton系统的状态P范数随时间增大而趋于零, 并给出了在任意切换路径下的切换耗散Hamilton系统渐近稳定的两个充分条件. 然后, 将得到的新结果运用到一般自治非线性切换系统中, 得到了系统渐近稳定的两个有用推论. 最后, 应用得到的新结果研究了两个例子并给出了数值仿真, 仿真结果验证了该结果的正确性和实用性.     

分布式驱动HEV自适应无迹卡尔曼车速估计

针对四驱混合动力汽车,为改善其电子稳定性系统(electronic stability program,ESP)车速估计的精度和鲁棒性,考虑后轮毂电机转矩精确可测可控,以及前轮驱动转矩可推算的特点,结合ESP系统既有的传感器输出信号,提出了分布式自适应无迹卡尔曼车速估计算法.首先,建立了四驱混合动力汽车动力系统及动力学模型,其包括驱动系统模型、7自由度车辆动力学模型和Burckhardt轮胎模型.其次,考虑模型的时变及强非线性特性,采用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法设计了主/子滤波器.一方面通过对量测噪声的自适应,改善了UKF算法量对量测信号干扰的鲁棒性;另一方面将主/子滤波器结果进行融合,并用融合后结果重置了各滤波器,提高了车速估计精度.最后,搭建了四驱混合动力汽车Carsim-Simulink联合离线仿真平台和硬件在环仿真试验平台,分别开展了双纽线、低速双移线两种驱动工况的离线仿真和硬件在环仿真试验.试验结果表明,所提出的分布式自适应无迹卡尔曼车速估计算法不仅估计精度较高,而且也有着较强的自适应性和鲁棒性能.     

联合连通有向切换拓扑条件下无人机集群鲁棒编队控制

针对联合连通有向切换拓扑网络条件下存在外界扰动的无人机集群鲁棒时变编队与轨迹跟踪控制问题进行了研究.首先,依据无人机真实飞行状态信息、期望队形信息与需要跟踪的轨迹信息之间的误差,以及联合连通通信拓扑网络条件下能够相互通信无人机期望飞行状态与实际飞行状态之间误差信息设计出了无人机集群系统的编队控制方法.然后通过一类特殊的矩阵分解将集群系统时变编队与轨迹跟踪控制问题转换成联合连通快速时间平均系统的渐近稳定控制问题,进一步提出了系统渐近稳定的充分条件,并通过建立的分段连续Lyapunov泛函进行了证明.最后仿真结果验证了本文所提方法能够实现联合连通有向切换拓扑网络条件下无人机集群的时变编队与轨迹跟踪控制飞行.     

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．     

基于Asterisk的呼叫中心设计与开发

针对目前市场上呼叫中心的开发具有软件重用率低、开发成本和维护成本高的缺点,设计了一种基于Java语言,以Asterisk作为软交换平台的web呼叫中心。该呼叫中心采用J2EE的分层模式来设计软件开发架构和系统各功能模块,实现了用户管理、系统状态监控、系统配置管理、客户管理和通话记录管理的功能。测试证明,系统能够通过Web页面定制个性化的呼叫中心,具有稳定性高、扩展性强以及成本低等特点。