基于多传感器融合的陆空两栖机器人移动控制系统设计

无人机和无人车迅速发展,而无人机续航受限,无人车运动受限,且在复杂场景移动困难,为此推出陆空两栖机器人来弥补这些不足。陆空两栖机器人主要是能够通过切换空中飞行和地面行驶驱动,解决无人机和无人车在复杂环境下移动困难问题。若纯粹将无人机和无人车的组合体来实现,既不能体现系统控制的集成化,不能降低成本,也无法增加效率。系统采用STM32F405高速率芯片作为控制系统驱动主控,将控制算法融合为一体化控制,采集多个相同传感器数据融合后控制两种模式下的电机驱动。控制算法采用串级比例积分微分(proportion integration differention,PID)以及最优曲率法来增强机器人移动的鲁棒性。研究结果表明,该机器人无论是在空中飞行还是在地面行驶都有很好的控制效果和较强的稳定性。     

陆空两栖机器人飞行控制系统设计

设计了一种以旋翼为基础适应城区室内侦察的陆空两栖机器人,对陆空两栖机器人控制方案进行了分析,并建立了机器人飞行系统动力学模型.运用以李雅普诺夫稳定性理论为基础的逐步后推控制设计方法,对陆空两栖机器人飞行系统各个通道的控制律进行了设计.在Matlab软件环境中进行了仿真,得到飞行系统各通道响应曲线,表明飞行系统能够完成预定动作,证明了控制率的有效性.      

变构型陆空平台动态起降轨迹规划研究

陆空平台具有多域机动能力,通过陆空模式的转换能够适应各种复杂环境,但陆空模式转换多为静止起飞或悬停下降,这种静态起降方式不利于陆空平台机动性的充分发挥. 针对一种动力机构可偏转的变构型陆空两栖平台,基于牛顿-欧拉方程建立陆空平台的飞行动力学模型,规划偏转角的时间序列以获得动态动力学约束,确定相对时间最优目标函数;基于5次多项式拟合二维平面轨迹,根据PID控制方法设计轨迹跟踪控制器,并进行轨迹规划和控制仿真. 结果表明,动态切换时间相比静态切换时间缩短了23.02%,动态切换规划轨迹平滑,高度方向无超调,控制器能较好地跟踪目标飞行轨迹.      

无人动力翼伞双环积分滑模控制器设计与仿真

无人动力翼伞系统具有非线性和较强耦合性的特点,飞行状态难以控制.为了对无人动力翼伞进行更好的控制,首先,建立了无人动力翼伞6-DOF数学模型.其次,以此模型为基础,针对无人动力翼伞三轴角速度和角度的控制设计了一种双环积分滑模控制器,并针对其三轴惯性位移的控制设计了一种滑模控制器.最后,通过MATLAB软件将比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器与双环积分滑模控制器进行仿真对比分析.结果表明,建立的双环积分滑模控制器相较于工程中常用的PID控制器具有更快的响应速度以及更小的超调量,能够更好满足对无人动力翼伞飞行状态的控制需求.     

基于动态矩阵控制的自主移动机器人模型预测控制方法研究

自主移动机器人运动转向系统的精确控制是其实现直线运行、原地转向功能和完成自主巡航、自治搬运任务的重要基础。为实现对机器人运行转向系统的有效控制,通过分析自主移动机器人的运动转向系统的数学模型,构建出传递函数的表达形式,提出了一类基于动态矩阵控制(dynamic matrix control, DMC)的模型预测控制方法。此外,面向自主移动机器人的运动转向系统,利用Matlab平台开展了基于DMC的模型预测控制方法的仿真研究,仿真结果表明,在运动转向系统的控制过程中,基于DMC的预测控制方法同传统比例-积分-微分(proportion-integral-derivative,PID)控制器相比,在抑制超调、防止稳态误差等方面具有更强的控制性能;开展针对模型失配问题的仿真研究,进一步证明了该算法的鲁棒性和适应能力。同时,通过无障碍和有障碍两类情形下的机器人行走实验,验证了机器人运动系统的有效性。     

基于分数阶微积分的模糊分数阶控制器研究

在分析分数阶微积分的基础上,提出了一种新型模糊分数阶比例积分微分控制器.分数阶微积分将传统控制器中的积分和微分的阶数扩展到任意实数,为控制器的设计提供了比传统整数阶更好的性能扩展.结合分数阶比例积分微分控制器和模糊控制逻辑,用分数阶比例积分微分单元代替传统的模糊比例积分微分控制器中的比例积分微分单元,构建了模糊分数阶比例积分微分控制器的结构,采用模糊逻辑推理和Tus-tin离散方法实现了模糊分数阶比例积分微分控制器的计算.最后,用数字仿真方法和不同条件下的对比分析验证了新型模糊分数阶比例积分微分控制器的优良控制特性.研究结果表明,设计的新型模糊分数阶比例积分微分控制器对非线性和参数不确定性具有较强的鲁棒性.     

重型燃气轮机天然气供应系统整体性能仿真

采用建模仿真的方式对天然气供应系统的整体性能进行研究.首先基于模块化建模的理念设计了系统的各主要部件模型;随后根据燃机电厂的实际运行数据,通过BP神经网络训练得到天然气供应系统中的压力、值班/预混气流量设定规律;最后加入了基于比例-积分-微分控制原理的压力、温度和流量控制器,在Simulink仿真中完成了整体仿真模型的搭建.对所建模型进行了稳态和动态仿真,仿真结果与电厂实际数据基本一致,表明模型能够较为准确地反映天然气供应系统的整体性能.     

基于DSP的伺服控制系统在非球面检测平台上的研究

根据高精度非球面表面检测的要求,提出一种用于微纳精度测量的非球面检测平台伺服控制系统.系统基于高性能数字信号处理器(以下简称DSP)芯片控制技术,采用德州仪器(Ti)公司的TMS320F2812运动控制开发板对三轴伺服电机进行实时控制.系统硬件上设计了DSP外围驱动电路,实现了对交流伺服系统的控制.反馈电路采用模块化设计,完成了对电机编码器和直线光栅尺输出信号的采集.在Windows操作系统下,用CCS2.0开发工具完成了DSP芯片软件上编程,包括数字比例-积分-微分(以下简称PID)算法,数字测速M/T法等,简化了外围硬件设计.系统具有完整的DSP芯片的运动函数编程以及硬件模块的扩展功能.最后通过实验在双轴工作平台上进行定位分析和稳定性仿真,系统达到较高的位置控制.     

反演单神经元PID复合控制在伺服系统中的应用

针对火箭炮位置控制中存在的转动惯量和负载力矩变化大、冲击力矩强等特点,提出了一种反演单神经元比例-积分-微分(PID)复合控制方法。单神经元PID控制可对传统PID控制器的比例、积分、微分系数进行在线调整,实现了系统的自适应控制。反演算法可使较大的系统误差快速收敛到设定值以内,提高了系统的自适应能力。仿真及实验结果表明,该文复合控制方法具有更好的稳定性和动态跟踪精度。     

基于分数阶PD速度控制器的永磁同步电动机控制研究

为了实现交流永磁同步电机的高性能速度控制,提出一种能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶比例微分控制器。为评价该控制器的性能,将该控制器和采用最优化设计的整数阶比例积分控制器分别应用于同一系统进行了仿真和原型实验。结果表明:采用文中提出的分数阶比例微分控制器的系统响应速度、跟随性能和节能效果均优于采用整数阶比例积分控制器的系统。     

基于粒子群优化的升降机驱动装置控制策略

针对由于施工升降机驱动装置存在非线性因素,导致吊笼驱动装置运动精度低和响应慢的问题,提出了一种基于粒子群优化的比例、积分和微分(proportional integral derivative, PID)控制策略。首先,建立异步电机的矢量变频控制模型,基于MATLAB/Simulink通过偏差耦合控制策略实现三电机同步控制模型搭建,并设计了粒子群PID控制器以及模糊PID控制器;然后在ADAMS软件中建立驱动装置的虚拟样机,通过ADAMS的Controls接口模块与MATLAB实现机电联合仿真;最后根据施工升降机实际运行工况进行联合仿真验证并分析控制策略可行性。研究结果表明：粒子群PID控制器提升了吊笼位置控制精度与响应速度,粒子群优化PID系统响应时间相较于PID控制系统提升38%,相比模糊PID提升6%,系统稳态误差分别提升62%、98%,满足实际运行需求。     

气动位置伺服系统建模与仿真

通过对气动位置同服系统各组成元件进行特性分析,建立了系统数学模型,并用Matlab的Simulink模块建立系统仿真模型.通过PID控制实验与PID控制仿真数据的对比,证明该数学模型较为精确.基于该数学模型的Simulink仿真模型较好地反映了气动位置伺服系统的特性,实现了气动位置伺服系统较高精度的仿真.     

基于BP神经网络的船舶航向智能PID控制研究

针对船舶航向控制非线性的特性,以船舶航向运动一阶KT模型为研究对象,设计了基于BP神经网络的自整定PID算法航向控制器。将传统PID与BP神经网络结合,对被控对象由BP神经网络进行辨识,给出PID控制参数,由PID控制算法进行控制并优化收敛速度。根据真实渡轮船舶特征参数,利用MATLAB/Simulink仿真软件建立船舶航向运动控制系统模型。仿真结果表明,基于BP神经网络的PID控制系统超调小、鲁棒性好,可长时间稳定工作,几乎无稳态误差,控制算法的实用性以及动态控制系统的优越性得到验证。     

船舶拖缆作业时的循线航行和定点定位控制

针对拖缆作业船舶在进行循线航行和定点定位时受到的海洋环境力和拖缆拉力,建立了船舶、拖缆和拖体三者之间耦合的运动数学模型.因其控制系统具有较强的非线性,单独使用模糊控制效果不够理想,所以设计了Fuzzy-PID(Proportion Integration Differentiation)合成控制器.该控制器包含3个模块:大误差切换至Fuzzy控制模块;小误差切换至Fuzzy-I控制模块;微误差切换至Fuzzy-PID控制模块.仿真给出了船舶在扰动情况下循线拖曳时的拖体轨迹,并通过定点定位控制验证了该控制器具有更强的抗干扰性和鲁棒性,能够实现较高精度的定位控制.     

机载悬挂发射倾角控制系统的建模与仿真

该文以采用高压氮气作为工作能源的多级活塞式机载悬挂弹射装置为研究对象,针对悬挂物质心偏离两弹射筒对称轴线时,在弹射过程中出现倾斜的问题,提出了弹射倾角控制系统的设计方案,建立了该控制系统的数学模型和线性化模型,引入PID控制和模糊自适应整定PID控制算法,并运用MATLAB中的Simulink模块对该系统进行了仿真分析,验证了方案的可行性.文中建立的控制系统理论模型、控制算法及仿真结果对该系统的实际开发具有重要的参考意义.     

反向回转双机驱动振动系统的倍频控制同步

针对基频同步不利于物料筛分的多样性和倍频自同步难以实现且只能实现一种整数倍频同步运动的问题，提出了一种双机驱动振动系统的倍频控制同步方法.建立了振动系统的机电耦合动力学模型，在此基础上应用小参数平均法推导出了振动系统的响应方程，同时基于主从控制策略引入了模糊PID控制方法，不仅实现了倍频控制同步运动，而且实现了最小公倍周期的零相位差倍频同步运动.最后用Matlab/Simulink仿真证明了理论的准确性与有效性.     

考虑横纵向误差协调的智能汽车路径跟踪控制研究

针对传统轨迹跟踪控制方法应用场景局限,精度不高的问题,为实现车辆横纵向联合控制从而提升无人驾驶汽车在结构化场景下的轨迹跟踪效果,本文建立了自然坐标系下的车辆跟踪误差模型,设计基于LQR与PID相结合的车辆横纵向耦合控制器。在横向控制层面,为消除系统稳定误差,通过引入前馈控制量实现系统的整体稳定,减小车辆在实际运行过程中产生的横向误差,提升控制过程的稳定性;在纵向控制层面,运用PID控制策略进行调节,实现车辆的实际速度与规划速度,实际位置与规划位置之间的精确匹配。通过MATLAB/Simulink与Carsim搭建联合仿真平台,针对日常泊车、驶入主路以及超车多种工况进行仿真验证。仿真结果表明：本文所设计的横纵向联合控制器将车辆的轨迹跟踪误差控制在可接受范围之内的同时,轨迹跟踪效果满足乘客对车辆乘坐舒适性的要求,故本文设计的控制器具备一定的稳定性和准确性。     

履带式装甲车辆纵向速度控制

履带式装甲车辆的动力学系统具有强烈非线性、不确定性的特点,为解决直线行驶工况下的速度控制问题,结合驾驶员驾驶操纵经验,提出一种自适应性强的变论域分相模糊比例-积分-微分(proportion-integral-derivative, PID)控制方法,实现了对期望车速的有效跟随。首先建立包含发动机、传动系及制动系的装甲车辆纵向动力学模型,然后利用模糊算法在线整定PID控制器参数,并采用变论域分相设计进一步提高控制器的自适应能力。仿真实验结果表明,提出的控制方法与传统PID及模糊PID相比,车速跟随控制精度与快速收敛性都有了提高,尤其能够有效解决驱动/制动切换时整车运动状态改变导致的控制效果大幅度下降问题。