固定翼无人机纵向控制律设计及仿真验证

利用经典控制理论中的根轨迹法对某固定翼无人机纵向控制律进行分析设计。首先通过在定常直线无侧滑模态下对无人机数学模型进行配平线性化,将飞机运动分解为纵向运动和横侧向运动;再利用俯仰角速率和俯仰角双回路反馈实现俯仰角控制回路;之后通过分析系统附加开环零点对系统稳定性和动态性能的影响确定高度积分增益实现高度控制回路,利用Matlab进行了仿真,给出了仿真结果。仿真结果表明控制参数设计合理,根轨迹法是设计飞行控制律有效而成熟的方法。     

无人机纵向控制律设计以及纵向轨迹跟踪仿真研究

利用经典PID理论设计无人机纵向双通道控制律,用以跟踪能量状态法优化出的无人机纵向最优轨迹。首先通过在定常直线无侧滑模态下对无人机数学模型进行配平线性化,将飞机运动分解为纵向运动和横侧向运动。再利用经典PID理论对无人机纵向运动的俯仰回路和推力回路进行控制律设计。然后通过能量状态法优化出一条无人机纵向爬升、巡航和下降的最优轨迹。最后,用MATLAB进行轨迹跟踪仿真计算。仿真结果表明,设计出的控制律可以很好的跟踪优化出的最优轨迹,并且节油效果良好。     

基于状态反馈的四轮转向汽车LQR优化控制

为了提高汽车的操纵稳定性,以4轮转向(4WS)汽车为研究对象,建立了2自由度系统的数学模型和状态方程。并以横摆角速度和侧偏角为优化目标,设计了线性二次型调节器(LQR)。通过质心侧偏角和横摆角速度的共同反馈,控制汽车后轮转角,实现4WS控制。在MATLAB/Simulink环境下完成了传统前轮转向汽车、零侧偏角比例控制及LQR控制的4WS汽车仿真。结果表明,相对于其他控制策略,基于状态反馈的LQR优化控制能够改善汽车的操纵稳定性,但不能够既将汽车的质心侧偏角降到基本为零,同时又保证横摆角速度处于理想状态。因此,汽车动力学集成控制将是未来汽车发展的重要方向。     

无尾飞翼式高空长航时无人机纵向控制律设计研究

以某无尾飞翼式高空长航时无人机为研究对象,分析了自然飞机在高空巡航状态时的纵向稳定性,介绍并改进了传统的无人机巡航状态纵向控制律设计方法。通过在Matlab/Simulink中建立仿真模型,对两种方法进行对比分析。分析结果表明,由于无人机飞控系统的自动驾驶仪是始终在环的,不必像传统方法一样考虑带有增稳的控制系统的稳定性。因此,改进的设计方法更适合于无尾飞翼式高空长航时无人机巡航状态的纵向飞行控制系统的设计。     

倒立摆控制的设计与仿真

针对倒立摆的稳定控制问题,阐述了二阶倒立摆的数学模型,采用线性二次最优控制理论,设计了倒立摆控制系统的线性二次型调节器和线性二次型输出器,使倒立摆系统闭环稳定。在Matlab 6.5环境下,对倒立摆系统在两种控制器作用下的控制过程进行仿真.结果表明,在非线性控制问题中,线性二次型输出器与线性二次型调节器相比,对倒立摆系统的控制更有优势。     

一种改进的变结构控制律

在研究变结构控制中常用到的非线性控制律的基础上，提出了一种变结构控制律，并将它用于潜艇深度控制系统的仿真研究中。结果表明，使用该控制律使控制系统的调节时间缩短，并且在滑动模态上的抖动明显减小。     

基于LQR的四轮转向汽车控制方法

用选定的加权系数将轮胎较大侧偏刚度和轮胎较小侧偏刚度的车辆状态方程关联起来,并应用了线性二次型最优控制理论(LQR)设计了综合考虑轮胎非线性特征的四轮转向线性二次型最优综合控制算法;用Matlab/Simulink和Carsim建立了联合仿真模型对所设计的控制算法的控制效果进行了验证. 仿真结果表明:在低附着系数路面进行车道变换行驶时,基于定轮胎侧偏刚度LQR线性控制的四轮转向汽车与前轮转向汽车相比具有更加优越的操控性能;基于非线性轮胎侧偏刚度LQR权系数控制的四轮转向汽车比定轮胎侧偏刚度LQR线性控制的四轮转向汽车要有较好的操控性能.      

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。     

飞机起落架半主动控制系统的控制方法研究

利用磁流变阻尼器对起落架悬架系统进行半主动控制,将以前经常研究的二自由度起落架系统转换到一个考虑到反弹、着陆冲击时的俯仰和滚转运动的三自由度飞机系统来研究,能更好地模拟飞机的两个主起落架和前起落架轮的连续触地着陆的真实情况。磁流变阻尼器的半主动控制策略分别使用二种不同的控制器,即线性二次型调节器(LQR)和鲁棒控制器。斯宾塞模型用来预测的磁流变(MR)阻尼器的动力特性。对控制器在减少响应加速度和速度时的性能进行比较分析。仿真结果验证了飞机在着陆过程中受到干扰时鲁棒控制能提供较好的控制效果。     

系统仿真在现代控制理论教学中的应用

文章结合线性二次型性能指标最优控制理论的设计方法，通过具体实例介绍在Mat-lab5．3环境下完成一个线性二次型最优控制器的设计过程，并研究了参数变化对最优控制系统的影响，说明了系统仿真在现代控制理论教学中的重要作用，提高了教学效果。     

山地城市道路交叉口车辆纵向加速度特性分析

为明确车辆在山地城市交叉口停车等待到直行通过这一过程中的纵向加速度特性以及驾乘人员舒适性,在重庆市选取4处交叉口作为研究对象。基于无人机航拍的交叉口交通流视频,提取车辆运行状态参数,研究不同坡度交叉口不同停车位次的车辆纵向加速度特性,并以加速度和急动度为指标进行舒适性分析。结果表明：(1)在缓坡路段,停车位次越靠前的车辆其加速度峰值越大;(2)在下坡路段,车辆在加速阶段末段加速度会在0 m/s2上下波动,车辆间断性的加减速;(3)在上坡路段,第1和第4位次车辆加速度特性相近,加速峰值较大,第2和第3位次加速度特性相近,加速峰值略小;(4)第1停车位次的车辆在下坡减速过程中更容易带来不适感。     

汽车纵向加速度滤波算法

研究基于车速信号的汽车实时加速度获得方法. 采用对车速信号进行滤波、差分、再滤波的方法获得了具有良好实时性和精度的汽车纵向加速度. 介绍了速度和加速度的功率谱分析方法,完成了Matlab环境下基于Fdatool工具箱的Fir数字低通滤波器的设计,提出了一种适合汽车实时应用的加速度滤波算法,并实现了该算法在单片机中的应用. 实车试验表明,该算法具有良好的实时性和精度.     

飞机纵向姿态传感器故障鲁棒容错控制

通过研究飞机纵向受力,建立了飞机在高空定速巡航过程的纵向运动模型.针对飞行过程中可能出现的传感器故障和系统参数摄动,考虑跟踪控制问题,利于跟踪误差对系统模型进行增广,在构建状态观测器的基础上,设计了飞机纵向姿态传感器故障鲁棒容错控制器.仿真结果表明,当传感器发生故障时,飞机系统能够迅速稳定,具有满意的稳态和动态性能以及良好的鲁棒性.     

基于纵向力分配的轮边驱动电动汽车稳定性控制

采用层次化整车稳定性控制方法和加权二乘法优化分配算法,通过纵向力在约束范围内的合理分配形成直接横摆力矩,改善车辆的行驶姿态.实车试验结果显示,控制器根据各轮状态实现了四轮纵向力有效分配,车辆横摆角速度能够很好地跟踪参考横摆角速度;通过控制,降低了车辆横摆角速度与侧向加速度,提高了车辆的操纵稳定性.     

液驱混合动力车辆纵向运动控制策略

根据液驱混合动力车辆的特点,提出了一种集成驱动和制动控制的纵向运动控制策略.建立了基于模糊PTD控制策略的驱动、制动控制器,并结合将驱动时的滑转率和制动时的滑移率统一处理的设想,设计了车辆的纵向运动控制策略,并利用MATLAB/Simulink工具进行仿真.仿真结果表明:该策略具有响应速度快,将滑移率和滑转率控制在-0.2到0.2安全范围内的特点,可以较好地满足车辆的行驶要求.     

互通立交迂回式匝道纵向加速度特性

为了提高互通式立交的行车安全,分别对南山立交和江南立交的四条迂回式匝道进行自然驾驶实车试验,共采集了33名驾驶员在不同匝道上行驶的纵向加速度,研究了速度变化阶段纵向加速度特性,分析了迂回式匝道变速阶段纵向加速度统计分布特征,并基于纵向加速度对匝道行车舒适性进行了评价。研究结果表明：(1)迂回式匝道速度变化模式分为三个阶段,分别是入弯减速阶段、稳定行驶阶段和出弯加速阶段;(2)同一匝道上,不同驾驶风格驾驶员的驾驶行为有较高的趋同性,但也有一定的差异,在匝道行驶过程中冒险型驾驶员比愤怒型和焦虑型驾驶员减速明显,男性驾驶员比女性驾驶员减速明显;(3)女性驾驶员行驶舒适性略高于男性驾驶员,入弯减速段行驶舒适性优于出弯加速段,冒险型和焦虑型驾驶员出弯加速阶段行驶不舒适占比接近50%。     

基于切换器的航空动力装置加减速控制方法

加减速控制是航空动力装置控制器设计的重点和难点。针对该问题,设计了一种基于切换器的航空动力装置加减速控制方法。在稳态控制器的基础上,分别设计了基于转速加速度和基于油气比的闭环加减速燃油控制算法。在设计中考虑作动器的影响,通过切换器将组合加减速控制规律作为稳态控制规律的限制条件,实现控制规律间的平滑过渡。此外,在控制器中添加了限制保护,防止动力装置在过渡过程中出现超温、超转等异常现象,并使用了抗积分饱和算法。该方法在电子控制器上实现。试验结果表明,该方法能够有效地实现单轴涡轮喷气发动机的加减速控制,控制过程平顺,满足发动机性能要求,具有较强的工程实用性。     

基于耦合分析的高超声速飞行器纵向协调控制

为解决高超声速飞行器纵向飞行控制系统设计中的协调问题, 基于高超声速纵向非线性数学模型, 对其状态变量组与输入变量组、 轨迹变量组与姿态变量组之间进行了耦合分析, 根据量化耦合程度提出了一种新型的纵向系统分层协调控制方法。 仿真结果表明, 与传统控制方法相比, 该方法可有效解决高超声速飞行器在轨迹运动、 姿态运动和推进系统之间的强耦合问题, 在保证姿态稳定的基础上, 实现更加平稳和高效的轨迹跟踪。     

偶然误差正态分布规律的计算机仿真

利用计算机上仿真的单摆实验系统,根据实验者在测量单摆振动周期时的视觉反和鼠标点击计时按钮带来的偶然误差,用统计直方图来检验测量数据的分布是否符合正态分布规律。