基于双自适应无迹卡尔曼滤波的半挂车状态估计

针对半挂车辆状态估计过程中测量噪声不确定、累计误差影响严重、初值敏感等问题,提出一种适用于半挂车铰接角、车速等多个状态量估计的双自适应无迹卡尔曼滤波算法(FFUKF).基于搭建的半挂汽车12自由度非线性动力学模型和轮胎模型,通过测量的轮速与车辆加速度等信息,首先利用模糊控制自适应调整滑移率容差,综合判断每个车轮的稳定状态,通过轮速估算出一种车速;与此同时,模糊控制自适应调整测量噪声,利用无迹卡尔曼算法,依据动力学估计出铰接角和另一种车速;然后通过卡尔曼滤波算法融合两种方法估计的结果,实现车辆的纵向、侧向速度、横摆角速度和挂车与牵引车铰接角的实时估计.最后在Simulink/TruckSim联合仿真环境下进行多工况仿真试验,验证所提出的双自适应无迹卡尔曼估计算法(FFUKF)有较强的适应性、稳定性和鲁棒性,相比普通模糊自适应无迹卡尔曼(FUKF)有更高的估计精度,能有效克服累计误差,即便在估计初始值不准和有ABS控制输入的情况,仍可以较精确地对车速和铰接角进行实时估计.     

多铰接结构的现代无轨列车路径跟随研究

现代无轨列车是一种新型公路运输车辆,其融合了汽运车辆建设成本低和轨道车辆载运量大的技术优势.针对多铰接现代无轨列车车体编组多,运动自由度大,曲线路径行驶时后方车辆会偏离前方车辆的运动轨迹的问题,建立了跟随误差模型,分析影响路径跟随性的因素,提出一种曲线路径行驶的路径跟随策略.采用航向角预测跟随控制策略,设计中间车轴的铰接角和后车轴的转向角控制规律,以增量PID算法补偿阿克曼转向模型误差,提高系统稳定性.最后在圆曲线路径和"S"曲线路径工况下测试车辆各轴的行驶轨迹.仿真结果表明:车辆的位置跟踪误差保持在0.03 m以内,航向跟踪误差最大在4.5°以内,车辆具有较好的路径跟随性能.     

基于ESO和反步法的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制

针对欠驱动四旋翼飞行器提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)和反步法的轨迹跟踪控制策略.在外界环境干扰和系统参数摄动等不确定性的影响下,保证空间位置和偏航角可以快速平滑地跟踪给定信号.根据系统严格反馈的结构特点,采用反步法设计内外环路的控制器;为避免控制过程中的复杂计算,采用ESO对系统的复合干扰进行在线实时估计,并在控制律中进行实时补偿;为避免反步控制导致的"微分爆炸"问题,减小对系统模型的依赖性,采用了动态面策略,以及为提高系统的鲁棒性,引入了滑模面.稳定性分析表明闭环控制系统是全局渐进稳定的.仿真结果验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性.     

导弹积分反步制导控制一体化设计

制导控制一体化设计响应快、时延小,能充分考虑制导与控制间的耦合关系,但具有对象模型阶数高、鲁棒性差等特点.借用PI控制思想,将积分控制引入反步控制,设计基于积分反步方法的制导控制一体化算法,增强系统的抗干扰能力,实现对零视线角速率指令的高精度跟踪;通过构造高阶滑模微分器,观测反步控制中所需的视线角高阶微分信息,同时保证观测值对于真值的收敛速度和精度;设计基于浸入与不变的估计器估计目标机动信息,消除目标机动在拦截目标时对脱靶量的影响.仿真结果表明所设计的制导控制一体化算法可以实现导弹对目标的碰撞拦截,抑制目标机动带来的不利干扰,提高系统的鲁棒性.      

欠驱动UUV三维轨迹跟踪的反步动态滑模控制

提出一种欠驱动无人水下航行器(UUV)反步自适应动态滑模控制方法.结合反步和自适应滑模控制技术设计UUV的位置、姿态和时变速度跟踪控制器,采用虚拟速度来代替姿态误差的控制策略,将姿态跟踪控制转化为速度控制,能够有效避免传统反步法控制律设计存在的奇异值问题.针对系统模型不精确及时变扰动问题,引入滑模控制技术进行自适应补偿估计,提高了欠驱动UUV在未知环境中的鲁棒性及自适应能力,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了该控制系统误差最终一致有界.仿真结果表明:提出的UUV三维轨迹跟踪反步动态滑模控制方法收敛、有效,能够实现在系统参数不精确及时变扰动情况下的三维轨迹精确跟踪控制.     

基于转向响应特性的智能车辆轨迹跟踪双闭环控制

智能车辆轨迹跟踪的准确性与鲁棒性是车辆运动控制性能的重要表征,基于路径预瞄信息的跟踪控制研究使车辆性能显著提升. 然而,车辆转向系统响应不足给车辆实时准确的基于预瞄信息跟踪参考轨迹带来挑战. 针对此问题,实时引入转向系统状态建立双闭环轨迹跟踪控制结构,保证智能车辆轨迹跟踪控制算法对转向系统响应不足的鲁棒性. 具体结构外环基于预瞄信息使用模型预测控制求解最优转向角,内环基于转向状态误差使用PID方法设计反馈控制律以补偿转向响应不足. 双闭环结构耦合控制输入保证了车辆鲁棒最优跟踪控制. 最后通过Carsim与Simulink联合仿真,验证了该双闭环控制结构的有效性.      

移动卫星通信系统组合姿态估计算法

针对宽带移动卫星通信系统传感器直接融合姿态估计算法易受外界因素干扰、估算误差难以校正的问题,提出了一种移动卫星通信系统组合姿态估计算法。该算法以移动卫星地球站载体的位置误差、速度误差和姿态误差为系统状态量,建立了9状态的组合导航姿态估计模型;通过使用GPS航向角辅助观测解决了组合姿态估计算法航向角可观性弱、姿态角估计值易发散的问题;通过将转弯判断规则和Sage-Husa自适应控制算法进行融合,降低了GPS航向角测量误差对姿态估计的影响,提高了组合姿态估计算法的精度。实验结果表明:移动卫星通信系统组合姿态估计算法计算简单、实时性好,姿态估计精度优于传感器直接融合算法,其姿态估计误差可控制在±0.5°以内,最小均方误差值小于0.4,满足低成本宽带移动卫星通信波束对准要求。     

基于扩张状态观测器的磁悬浮球的反步控制

针对单自由度磁悬浮系统的非线性、不确定性和易受扰动等特点,提出一种基于扩张状态观测器的反步控制方法以提高系统的控制性能.在系统受到不确定性扰动的情况下,运用扩张状态观测器实时估计悬浮球的位置、速度和扰动信息,并将这种估计值与控制器设计相结合,然后采用反步法设计磁悬浮球的悬浮位置跟踪控制律,以Lyapunov方法证明系统...     

采用干扰观测器的水下滑翔蛇形机器人纵倾运动控制

针对水下滑翔蛇形机器人在实现滑翔运动时存在控制输入受限和外界未知干扰的问题,提出了一种基于Nussbaum函数和非线性干扰观测器的反步控制策略。通过对欠驱动水下滑翔蛇形机器人的垂直面运动进行分析和有条件的简化,得到了对应运动学及动力学方程组。采用Nussbaum函数与双曲正切函数相结合的方式处理系统控制输入饱和,避免了双曲正切函数存在的控制器奇异值,通过非线性干扰观测器实现对外界复合扰动的有效观测并进行补偿。设计了纵倾运动跟踪的反步控制器,针对反步法中虚拟项引发的计算膨胀,采用动态面方法来消除。基于Lyapunov稳定性理论设计了控制器,保证系统能够实现速度与位置信号量的全局一致稳定性。研究结果表明:所提方案相对传统反步法,在响应时间与误差收敛速度方面都有一定程度提高,且非线性干扰观测器对于复合扰动量观测性能良好;所设计的控制器可以有效实现机器人在外界未知干扰下纵倾运动的稳定跟踪,且具有较强的鲁棒性。     

欠驱无人水面船有限时间自抗扰循迹控制方法

针对欠驱无人水面船在外界时变环境干扰和模型不确定影响下如何提高循迹控制性能的问题,提出了一种带漂角观测器的有限时间自抗扰循迹控制方法.首先,基于有限时间稳定性理论设计有限时间非线性干扰观测器,对时变大漂角进行在线估计,并结合视线法引导律(LOS),提出有限时间引导律(FLOS),提高引导系统的响应速度和鲁棒性,使得船舶...     

基于模糊算法的无人驾驶压路机自动碾压控制

针对无人驾驶振动压路机在自动碾压作业时的路径跟踪误差影响整体碾压作业质量的问题,提出了基于模糊算法的路径跟踪控制方法.建立了压路机整体运动学模型和液压动力转向系统模型,设计了基于预瞄的航向跟踪算法和模糊比例-积分-微分(PID)控制器来实现对自动碾压误差的控制.通过无人驾驶压路机路径跟踪控制模型的仿真和现场自动碾压试验对自动碾压控制性能的验证,表明基于预瞄的航向跟踪模糊PID控制较普通PID控制在无人驾驶振动碾压过程中具有更好的控制性能,显示了模糊控制算法的有效性与优越性.     

基于卫星导航/惯性单元松耦合的低速智能电动汽车航向角估计

低速智能电动汽车近年来发展迅速,组合定位技术是其关键技术,航向角估计是组合定位技术中重要组成部分。基于低速智能电动汽车,提出了GNSS(global navigation satellite system)/IMU(inertial measurement unit)组合的航向角估计方法。介绍了GNSS/IMU松耦合条件下的航向角估计方法,提出基于IMU的航向角积分方法,推导了松耦合条件下误差动态与测量模型。针对GNSS信号质量时变问题,使用残差自适应卡尔曼滤波算法对航向角误差进行估计。针对GNSS信号质量设计了航向角误差反馈修正策略。通过在不同GNSS信号条件下进行的多组实车试验,验证了所提出的航向角估计算法的有效性。     

智能船舶循迹控制方法研究

针对实际工程应用中,智能船舶循迹控制如何在外界环境干扰下减小横向偏差以及如何在曲线循迹中平缓转弯处的控制力两种问题,提出了一种改进时变积分视线法(ILOS)引导律,用以减小横向偏差;设计了一种基于动态面控制技术的自适应反步积分控制器,用以平缓转弯处的控制力.通过与传统ILOS引导律结合传统反步积分控制器的控制方法进行仿真对比,验证了改进控制方法对减小横向偏差及平缓转弯处控制力的有效性.     

基于自适应平方根UKF的微机械传感器融合航姿估计

提出一种新的基于自适应平方根UKF的微机械传感器组合姿态测量系统.该系统采用3轴微机械陀螺积分得到姿态角,采用3轴微机械加速度计测量重力矢量得到俯仰角和横滚角,分别校正俯仰漂移和横滚陀螺漂移;采用磁强计得到航向角,并与陀螺积分角度融合校正航向陀螺漂移.跑车实验结果表明,基于自适应平方根UKF算法可实时估计机动加速度干扰,并在融合滤波器中进行补偿,能够有效去除车辆机动加速度干扰,姿态角估计精度在±0.6°以内.     

基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制

设计一种基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制器,实现船舶在大幅度改向操纵运动中航向准确快速跟踪控制.在采用Bech船舶操纵运动数学模型精确描述船舶大幅度改向运动性能的基础上,利用反演法设计航向改变控制算法,引入积分控制环节消除模型参数不确定性和风、浪、流等干扰影响,借助Lyapunov稳定性定理证明控制系统渐近稳定.对实船的仿真对比可知,本文设计的船舶航向控制器性能优越,控制舵角合理,控制输出航向对本船参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性.     

随机波浪下基于粒子滤波算法的船舶航向控制

针对波浪扰动环境下船舶航向运动控制问题,运用粒子滤波(particle filter,PF)算法对含有随机扰动的船舶运动状态变量进行优化。根据三自由度整体型船舶运动模型,以及海浪扰动力模型,建立状态方程和观测方程。在此基础上,基于后验概率估计原理采用随时间变化的加权随机粒子之和逼近真实状态变量,并利用蒙特卡洛抽样方法来实现此状态估计过程。在获得真实状态变量后,采用比例-积分-微分(proportion integral derivative,PID)控制算法计算出指令舵角,通过调整舵角对船舶在波浪环境下的航向进行控制。仿真结果表明经粒子滤波算法处理后,在波浪环境下,船舶的航向角非常接近指定航向角,并且在不同类型的运动下,船舶航向控制性能都得到了显著的提升。     

阀控非对称缸电液伺服系统线性自抗扰控制

阀控非对称缸是一类典型电液伺服系统,具有强非线性和不确定性。传统非线性控制方法很难有效处理包含未建模态、外部扰动以及参数变化等多源不确定扰动对控制性能的影响。针对这一问题,本文提出了一种电液伺服系统线性自抗扰控制方法,利用线性扩张状态观测器实现综合扰动的实时估计,并采用状态误差反馈控制律给予主动补偿,同时消除跟踪误差。证明了设计的线性扩张状态观测器状态观测误差的收敛性。根据工程实际中的参数进行仿真研究,其结果表明这种控制方法能有效抑制电液伺服系统中不确定性扰动,与PID控制器相比具有较强的鲁棒性,并提高了位置跟踪精度。     

基于ADRC的并联三自由度船载稳定平台稳定控制律设计

针对存在动态不确定与未知时变外界扰动下的并联三自由度船载稳定平台稳定控制问题,采用自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技术,构造扩张状态观测器,实时估计由船载稳定平台动态不确定、未知时变外界扰动以及平台各自由度运动状态变量间的耦合构成的总扰动;设计船载稳定平台PID反馈控制律,并将总扰动的估计前馈至控制输入端补偿船载稳定平台的总扰动,以实现平台的稳定控制.理论分析表明,设计的基于ADRC的船载稳定平台稳定控制律可使其上支撑面在惯性空间保持平稳,并保证船载稳定平台闭环控制系统中所有信号一致最终有界.仿真实验结果验证了设计的基于ADRC的船载稳定平台稳定控制律的有效性以及对未知时变外界扰动的鲁棒性.     

基于反步法和滑模观测器的船舶航向控制

针对船舶航向控制系统中船舶参数不确定性以及外界干扰随机性的特点,提出r一种将反步法和非线性滑模观测器相结合的控制方法.其中利用二阶滑模观测器对船舶转首角速度进行观测.由于观测器在有限时问内收敛,可将观测器和控制器进行独立设计,避免了对系统建立精确数学模型的要求.同时利用反步法进行控制器设计,保证了闭环系统的全局渐近稳定.仿真结果表明,所设计的控制器不仅能保证系统稳定跟踪期望信号,而且对给定的扰动量能准确观测,从而提高了系统的鲁棒性.     

轮式铰接车辆悬架耦合模型问题的仿真

提出了轮式铰接车辆悬架主动控制中转弯时的动力学耦合模型,从耦合模型和仿真模型证明了轮式铰接车辆悬架三维方向存在耦合问题.同时从提高铰接车辆行驶速度评价,说明存在利用耦合效应进行悬架主动控制策略设计、构建通过悬架的单向作动控制策略、探讨最大限度减低三维方向车辆振动的可能性,即通过悬架单方向实时主动控制,达到抑制其他方向振动的目的.为轮式铰接车辆悬架实施主动控制的方法与策略提供了理论依据和方向.