无人拖车系统轨迹跟踪考虑大初始误差的优化控制

研究了无人拖车系统在大误差下的轨迹跟踪问题.通过运动学的分析建立了系统的数学模型.由于系统的非线性,在大的位置误差下很难通过常规的控制方法使系统的误差收敛.基于拖车系统运动学特征,首先设计了方位角控制器,使得系统在大误差下向给定路径运动,然后设计了一种非线性控制器,使得大误差下和非大误差下的两种控制器具有相同的结构,并适时无扰切换.利用离散二次型调节器(DLQR)求得最优反馈控制律.在不同的期望轨迹下对系统进行了仿真,证明了方法的有效性.     

基于滑模控制的拖车系统轨迹跟踪

随着计算机技术和导航技术的快速发展,移动拖车系统有着越来越广泛的应用.针对拖车系统轨迹跟踪问题,基于拖车系统的运动模型,设计了滑模控制器,保证了系统的稳定性.由于实际机械装置的限制,滑模控制器通常会使系统产生抖振现象.针对此问题,在传统的变结构控制的基础上增加了积分环节和相应的状态变量,结合等效控制原理得到了平滑的控制器输出.当牵引车和拖车之间的夹角过大时,拖车的轮胎会停止旋转并侧滑,运动轨迹变的不规律,甚至有翻车的风险.本文利用控制律的切换,使该夹角保持在适当的范围内,防止侧滑的发生.仿真结果表明当存在外界干扰和模型误差时,系统仍有很好的表现.     

基于MLD的微电网多逆变器并联组态的建模及优化控制

针对现有微网逆变器并联系统建模精度不高、控制方案复杂、控制效果不理想等问题,文中提出了一种基于混合逻辑动态(MLD)的光伏微网多并联逆变器的建模和优化控制方法。该方法将每个开关周期分为多个子周期,同时引入逻辑变量来判断系统运行的动态模式;然后用HYSDEL工具编程得到MLD模型;最后根据系统的自然约束及系统控制目标设计预测控制器,并通过求解相应的整数线性规划问题达到减少输出电压跟踪误差及各逆变器之间的环流的目标。相较传统的建模与控制方法,该方法具有模型精度高、控制方案简便、控制效果好的特点。仿真结果验证了模型的正确性和控制器性能的优越性。     

基于主-辅控制架构的无人机鲁棒飞行控制律设计

无人机在实际飞行中易受到扰动与系统未建模动态等不确定性因素的影响.为此,文中提出了一种新的鲁棒飞行控制律设计方法.该方法以主-辅控制器为基本架构,主控制器采用鲁棒伺服线性二次型调节(LQR)法构造,以提供基本指令跟踪控制输入;以加入主控制器后的理想闭环系统为参考模型,基于鲁棒模型参考自适应算法设计辅控制器,以抑制扰动和未建模动态对飞行控制系统的影响.理论分析表明,该控制律能够保证闭环飞行控制系统在存在有界扰动与未建模动态情况下稳定且跟踪误差有界.非线性对比仿真验证了控制系统对各种形式扰动的抑制作用,说明了该控制系统的有效性与鲁棒性.     

具有未知侧滑和打滑的WMR强化学习自适应神经网络控制

利用反演设计,提出一种强化学习自适应神经网络轮式移动机器人(WMR)轨迹跟踪控制方法.首先在极坐标下建立WMR的轨迹跟踪误差模型,并基于此设计运动学控制器.然后,针对WMR动力学系统,设计自适应神经网络控制器.结合强化学习机制,同时对系统未知侧滑、打滑和模型不确定性进行优化补偿,并引入鲁棒控制项来消除补偿误差的影响,进一步提高了控制效果.所提控制方法使得闭环系统稳定,且最终一致有界收敛,其有效性通过数值仿真结果得到了验证.     

基于MLD模型GTAW焊接熔透控制方法仿真研究

针对GTAW非线性焊接过程的混杂特性,给出混杂系统的建模方法,描述成混合逻辑动态(MLD)模型,并研究其GTAW焊接熔透控制策略.仿真的结果表明,该算法有效,能使系统输出稳定在设定点.为研究MLD建模在焊接过程控制中的实际应用起步研究奠定了基础.     

一类混杂系统的优化控制

采用基于混合逻辑动态的建模方法,将系统的连续动态过程、逻辑部分和操作约束表示为带有混合整数不等式约束的线性状态方程的形式.在混合逻辑动态建模原理基础上,采用二次型的性能指标,将混杂系统的优化控制问题归结为求解一个混合整数二次规划(mixed integer quadratic pro-gramming,MIQP)问题.最后,针对混杂系统的优化控制问题,作了数值仿真计算.研究结果表明:基于混合逻辑动态模型的优化控制能够满足控制要求,并且进一步说明MIQP方法是解决一类混杂系统优化控制问题有效的且具有发展前景的方法.     

低速无人驾驶车辆双向行驶控制方法

针对无人驾驶车辆在复杂景区场景低速双向行驶的问题,概述了正向行驶的运动学模型及其跟踪结果,并且在分析车辆倒车运动学模型的基础上,提出一种基于模型预测控制理论的无人驾驶车辆双向轨迹跟踪控制方法。对该双向轨迹跟踪控制方法使用MATLAB工具进行仿真,并在实车上进行验证。结果表明,该方法可以保证无人驾驶车辆稳定地进行双向跟踪参考轨迹行驶。     

带广义扩张状态观测器的柔性滚珠丝杠进给系统LQR控制

为了改善滚珠丝杠进给系统的跟踪性能,采用了带广义扩张状态观测器(GESO)的线性二次型调节器(LQR)进行控制.首先,针对具有轴向振动特性的滚珠丝杠进给系统建立了二自由度质量模型状态方程及传递函数;其次,根据模型的状态方程设计了系统的LQR控制器,为了消除系统受到的外部干扰和反馈中存在噪声影响设计了广义状态观测器;最后,通过仿真和对比试验对设计的控制器性能进行验证.仿真及对比试验结果表明,所设计的带GESO的LQR控制器具有较高的跟踪精度,对于外部干扰和反馈噪声具有抑制作用,能够保证进给系统的鲁棒性.     

基于滑模控制器的电弧传感焊接机器人轨迹跟踪控制研究

针对电弧传感焊接机器人系统的非完整约束性,建立了机器人运动学模型,通过讨论两后轮为控制输入的电弧传感焊接机器人轨迹跟踪问题,设计了一种滑模控制器,且应用Lyapunov稳定性理论保证了跟踪误差渐近收敛到零.经直线和圆弧2种轨迹跟踪的实验仿真结果,验证了所设计控制器的有效性和正确性.     

采用变时域模型预测的车辆路径跟踪控制方法

为了解决自动驾驶车辆变速行驶时模型预测路径跟踪控制器的可靠性问题,提出一种变预测时域自适应路径跟踪控制方法.首先,推导简化后适用于仿真验证的车辆三自由度动力学模型,引入松弛因子以避免求解过程中出现非可行解,并将跟踪控制转化为二次规划求解问题;然后,确定模型预测控制器的重要设计参数,分析车速和预测时域的变化关系,拟合预测时域与车速的函数曲线,设计一种变时域自适应路径跟踪控制器;最后,搭建Carsim/Matlab/Simulink联合仿真平台进行验证.结果表明:变时域自适应路径跟踪控制器能够随着车速变化实时更新预测时域,可保证车辆具有较好的跟踪精度和稳定性.     

基于曲率跟踪方法的轴上拖挂轮式移动机器人的运动控制设计

目的 针对轴上拖挂轮式移动机器人中的挂车对目标轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种能够跟踪挂车理想运动轨迹曲线相对曲率的双环控制方法。方法 首先通过梳理轴上拖挂轮式移动机器人受到的非完整约束建立出运动学模型,并通过欧拉-拉格朗日方程建立其动力学模型;然后利用运动学方程推导出挂车的理想运动轨迹曲线的相对曲率和拖车与挂车理想偏航角之差之间满足的重要函数关系式;最后基于该核心关系式,利用姿态误差系统的外环速度控制器和动力学模型的内环比例积分反馈控制器组成的双环控制方法来实现给定的跟踪任务。结果 仿真结果表明,对于外环系统,外环速度控制器使得姿态跟踪误差在经过一段时间的变化后全都趋近于零,实际的姿态变量最终稳定地趋近于目标姿态变量;对于内环系统,内环比例积分反馈控制器使得速度跟踪误差经过短暂的调整后趋近于零,实际速度值最终稳定地趋近于参考的速度值。结论 设计的双环控制器可以有效地实现姿态跟踪和速度跟踪,能够使挂车精确地跟踪理想运动轨迹曲线,由于在姿态跟踪过程中引入了挂车运动轨迹曲线的相对曲率,该方法可以极大地提高轨迹跟踪的精确度。     

基于路径跟踪的欠驱动 UUV 编队协调控制

研究了空间曲线路径跟踪下多无人水下航行器（UUV）的编队协调控制问题．将此类控制问题分解为2个控制子问题：a．路径跟踪控制问题;b．协调编队控制问题．在单个UUV的路径跟踪控制中利用反步法设计路径跟踪控制器;通过引入代数图论知识,得到多个UUV复杂网络通信拓扑的数学表达,根据通信得到相邻UUV的状态来调整自身的航速,设计协调控制器,使得多UUV沿期望路径的位置和速度在规定队形下达到一致,实现多UUV间的协调,而不影响空间域上的路径跟踪性能．理论分析和仿真结果证实了控制器的有效性．     

自主车辆线性时变模型预测路径跟踪控制

为提高自主车辆路径跟踪控制的实时性和鲁棒性,研究一种线性时变模型预测路径跟踪控制方法.建立用于控制器仿真验证的纵向侧向二维车辆非线性动力学模型;从二轮三自由度模型出发,推导出线性时变路径跟踪预测模型;引入向量松弛因子解决优化求解过程中硬约束导致的控制算法非可行解问题,基于模型预测控制理论将路径跟踪控制算法转化为带软约束的在线二次规划问题;最后通过Matlab/Simulink实现车辆动力学建模和控制器设计,双移线工况仿真结果表明,所设计的控制器能够适应不同车速、不同设计参数的鲁棒性要求.     

基于扩张状态观测器的四旋翼积分滑模反步控制

针对四旋翼路径跟踪控制问题,研究了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)、积分滑模控制器(integral sliding mode controller,ISMC)及反步法(backstepping)的四旋翼控制算法。构造了一种考虑姿态控制器响应过程的无人机控制模型;设计了扩张状态观测器对扰动进行观测,并构建了积分滑模控制器以估计扰动观测误差;设计了基于反步法的抗干扰路径跟踪控制算法,利用扩展状态观测器估计的扰动信息,通过补偿方式较好地消除了扰动影响。仿真试验表明,该方法具有良好的轨迹跟踪性能和抗干扰能力。     

四轮独立转向电动汽车路径跟踪预测控制

对于四轮独立转向(4WIS)电动汽车采取前后轮同时转向的策略,建立4WIS电动汽车动力学模型,得到相关的状态空间表达式,推导出线性时变路径跟踪预测模型.基于模型预测控制理论,结合约束条件和优化目标函数,将控制算法转化为标准二次规划问题,设计了4WIS路径跟踪控制器;然后利用Matlab/Carsim联合仿真平台,进行双移线工况下的仿真试验,最后验证控制算法对速度和路况的鲁棒性,分析了控制器参数对算法实时性的影响.     

离散时间多智能体系统的协调最优预见跟踪

在互联拓扑包含一棵有向生成树的条件下,研究了离散时间多智能体系统的协调最优预见跟踪问题.首先利用状态增广技术把协调跟踪问题转化为一个增广系统的全局最优调节问题.然后应用离散时间线性二次型调节理论的相关结果给出了使增广系统的闭环系统渐近稳定的控制器,并由此得到原系统实现跟踪一致性的全局最优预见控制器.仿真结果不仅验证了所设计控制器的有效性,并且表明适当增加预见步长对保证准确跟踪领导者的输出是至关重要的.     

无人驾驶高速4WID-4WIS车辆路径跟踪单点预瞄控制

针对无人驾驶高速四轮独立驱动独立转向(4WID-4WIS)车辆的驱动冗余、强非线性和不确定特性,提出一种基于控制分配和自抗扰控制法的路径跟踪单点预瞄控制方法。首先建立车辆单点预瞄路径跟踪系统的动力学模型。然后构建以控制分配器为核心的控制系统,使用自抗扰控制方法设计单点预瞄解耦控制器;提出目标生成器的类惯性环节算法,讨论其合理性;给出4WID-4WIS车辆路径跟踪控制分配问题的求解方法。最后进行仿真,结果表明所提方法能够实现快速、高精度的双移线圆弧路径跟踪控制。     

紧急避让路径跟踪自抗扰控制

自动紧急避让作为一种辅助驾驶系统,能够提高汽车行驶的安全性.为了提高不同质量参数、不同轴距车辆路径跟踪性能,以二自由度车辆模型为基础,设计二阶自抗扰控制器.车辆模型参数变化可以通过三阶扩张状态观测器进行观测和补偿.针对避让过程存在侧向加速度过大或产生阶跃、曲率不连续问题,引入三次B样条曲线对避让路径进行再规划.采用软件Carsim与Simulink联合仿真方法进行控制器性能验证.仿真结果表明,基于自抗扰方法设计的紧急避让路径跟踪控制器能够保证不同车型车辆很好地跟踪规划的轨迹,保证车辆稳定性.     

移动机器人滑模路径的跟踪控制

针对移动机器人的路径跟踪问题,基于反演思想设计了滑模路径跟踪控制器,并利用低通滤波器有效地减弱了控制过程中的干扰.由于该控制器的动态性能不理想,因此采用有界输入的方法对其进行控制律的改进,并简化了控制器的设计.仿真结果表明,改进后的滑模控制器跟踪效果良好,动态响应快,且保证了移动机器人的全局渐近稳定路径跟踪控制.