四轮移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制

为了提高四轮移动机器人的轨迹跟踪控制性能,减弱滑模控制系统抖振,设计了一种易于实现且有较好轨迹跟踪控制效果的模糊滑模控制器。首先,以四轮移动机器人运动学模型为基础设计了一种含积分项的滑模控制器,然后引入模糊控制,采用模糊滑模变结构的控制策略调整切换控制的相关估计参数,最终设计了一种基于模糊滑模控制的四轮移动机器人轨迹跟踪控制方法。仿真结果表明,该轨迹跟踪方法可以有效消除系统抖振并提高控制性能。     

基于高速开关阀的气动人工肌肉轨迹跟踪控制仿真

针对基于高速开关阀的气动人工肌肉位置伺服控制系统的非线性与时变性,设计了基于气动人工肌肉实验模型的PID反馈控制器,实现气动人工肌肉的高精度运动轨迹跟踪控制。首先,通过实验建模得到气动人工肌肉静态特性的实验模型,然后基于理想气体多变方程,建立可有效描述气动人工肌肉动态特性的数学模型,利用Sanville流量公式建立流经高速开关阀阀口的气体流量方程,并采用脉冲信号调制法生成PWM信号,进而控制高速开关阀占空比。在此基础上,借助PID反馈控制器建立气动人工肌肉气压与轨迹跟踪的控制模型,并采用Simulink对所提出的气压和轨迹跟踪控制方法进行数值仿真。结果表明,所建立的控制模型能够精确地跟踪期望气压和运动轨迹,从而验证了控制模型和控制方案的精确性和可行性,为实现气动人工肌肉高精度轨迹跟踪控制提供了有效手段。     

中空液压马达系统建模与摩擦动态补偿算法研究

针对阀控中空液压摆动马达系统,建立数学模型;基于LuGre动态摩擦模型,设计摩擦状态观测器;在此基础上,通过提出带状态观测的滑模变结构控制算法进行大摩擦力矩动态补偿控制,并进行了试验研究。结果表明：所设计的摩擦状态观测器可以较好地估计摩擦力矩,基于状态观测的滑模变结构控制算法可以实现大摩擦力矩下的高精度轨迹跟踪,相比无状态观测的滑模控制,轨迹跟踪精度提高1个数量级以上。     

阀控非对称缸系统多级滑模鲁棒自适应控制

考虑阀控非对称缸系统的特性,设计了一种基于逆向递推方法的多级滑模鲁棒自适应控制器。首先采用Backstepping逆向递推技术和状态反馈线性化的方法,给出系统的多级滑模控制器。然后依据Lyapunov稳定性理论,得到系统不确定参数的自适应律,并在自适应控制中引入鲁棒控制的设计方法,实现对活塞位移的精确位置跟踪控制。实验结果表明,多级滑模鲁棒自适应控制具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能。     

P-ECHPS自适应非奇异快速终端滑模控制器设计

以永磁转差离合器式电控液压助力转向系统(P-ECHPS)为研究对象,建立了其关键部件永磁转差离合器(PMSC)调速模型及P-ECHPS各子系统模型。针对P-ECHPS系统在转向过程中存在多种不确定性因素且要求响应速度快的特点,采用非奇异快速终端滑模与自适应控制相结合的方法,对PMSC进行调速控制,进而实现对P-ECHPS系统助力的控制。仿真分析结果表明,该方法能确保PMSC输出转速快速地跟踪理想转速,收敛速度比滑模控制和非奇异终端滑模控制分别提高了近82.9%和66.7%,具有很强的鲁棒性,较好地实现了可变助力特性。     

基于趋近律滑模控制的智能车辆轨迹跟踪研究

针对目前已有智能车辆轨迹跟踪控制存在跟踪精度低、鲁棒性弱等问题,结合滑模控制响应迅速、抗干扰能力强的优点,提出一种基于趋近律的滑模控制方法。提出的趋近律通过特殊幂次函数和反双曲正弦函数的组合,提高了系统状态的趋近速度并且平滑和限制了抖振现象,可实现控制车辆平顺快速跟踪参考轨迹。在Simulink软件上搭建了车辆运动学模型并进行轨迹跟踪仿真实验,通过与双幂次趋近律滑模控制进行对比验证了控制效果。仿真实验结果表明,相对于双幂次趋近律滑模控制,提出的趋近律滑模控制的车辆能更快地跟踪到参考轨迹,横向和纵向误差收敛速度明显增快,航向角抖振现象减弱,系统具有更快的趋近速度,并且抖振现象被削弱。     

基于扩张观测器的HMCVT换段离合器油压跟踪控制

针对液压机械无级变速器(HMCVT)换段离合器油压跟踪控制过程中，不匹配干扰造成实际油压与期望油压产生偏差的问题，提出了一种基于扩张观测器的全局终端滑模控制算法，以实现油压的高精度跟踪控制。通过建立带有不匹配干扰的非线性湿式离合器数学模型，推导了油压控制系统的状态方程，使用扩张观测器对不匹配干扰进行估计，设计了一种能够快速收敛的全局终端滑模控制算法，并将干扰估计值补偿到控制算法中以提高控制精度和降低滑模控制的抖振。基于全局终端滑模控制算法设计了换段离合器油压跟踪控制器，通过试验对控制器效果进行了验证。结果表明，扩张观测器能够有效观测不匹配干扰，与传统终端滑模控制算法相比，基于本文算法设计的油压跟踪控制器动态响应时间仅为0.13 s,超调量为0.08 MPa,且无明显抖振。在换段过程中，冲击度降低12.7%,滑摩功减少10.2%,表明所提油压跟踪控制算法具有较好鲁棒性，能够改善换段离合器的接合品质。     

除草机器人自适应快速积分终端滑模跟踪控制技术

智能除草机器人在草坪作业时,易受到外界扰动以及系统不确定性的影响,从而导致轨迹跟踪收敛时间长以及跟踪效果差等问题。因此,设计一种面向轨迹跟踪的自适应快速积分终端滑模控制算法。首先,考虑驱动轮动力学特性以及未建模误差、外界干扰、动静摩擦等不确定性因素,建立除草机器人的动力学模型。然后基于所建立的动力学模型,设计自适应快速积分终端滑模控制器。所提出的控制器结合了快速终端滑模、积分滑模和自适应估计技术的优点,能够实现期望的跟踪性能并抑制控制信号抖动。同时,在不需要明确系统不确定性和外界干扰上界的情况下,可以通过所设计自适应估计项进行实时补偿,提高系统的鲁棒性。最后,通过仿真和试验验证了该方法的有效性。试验结果表明,所设计的控制器能够使跟踪误差在有限时间内快速收敛,并且横向误差绝对值不超过0.097 9 m,纵向误差绝对值不超过0.102 6 m,航向角误差绝对值不超过0.057 8 rad,保证除草机器人准确跟踪作业路径,同时具有较强的鲁棒性。     

机械臂轨迹跟踪控制方法研究

机械臂具有时变、强耦合、非线性等特性,因此建立动力学模型计算量很大,耗时长且难以实现有效的实时控制。针对机械臂在控制中存在的精度问题,采用Lagrange方法进行动力学建模,在该模型的基础上设计了滑模控制器,对动力学模型进行仿真分析。并与传统的基于重力补偿的机械臂PD控制方法在轨迹跟踪的精度和误差方面进行比较。结果表明:所设计的滑模控制器比PD控制算法具有更高的轨迹跟踪精度及更快的跟踪速度,更适合机械臂轨迹跟踪控制。     

机械臂神经网络非奇异快速终端滑模控制

针对多自由度机械臂轨迹跟踪控制系统存在收敛速度慢、跟踪精度低的问题,提出了一种基于径向基神经网络(RBFNN)的非奇异快速终端滑模(NFTSM)自适应轨迹跟踪控制方法。首先,该方法采用非奇异快速终端滑模超曲面,切换控制项引入连续终端吸引子,使得系统能在有限的时间内收敛到平衡点。其次,采用RBFNN逼近系统未知非线性动力学,并结合逼近误差的自适应补偿机制,实现无模型控制。利用Lyapunov理论证明闭环系统的全局渐进稳定性和有限时间收敛性。最后,将该控制方法应用于Denso串联机械臂进行实验验证,并分析系统传输延时对实验结果的影响,提出解决方法。仿真和实验结果表明,该控制方法能有效地提高系统收敛速度和跟踪精度,增强对外部扰动的鲁棒性,削弱系统抖振。     

车辆AMT离合器离散变结构控制

以车圆舞曲机械式自动变速系统（AMT）的离合器液压执行机构为研究对象，建立系统非线性动力学模型。进一步应用基于微分几何的反馈线性化方法，将原非线性系统等价为完全可控型线性化模型。在此基础上设计了离散变结构控制器，并且证明了离散变结构系统的稳定性，实验结果证明，这一控制器跟踪精度高，并且对系统的非线性和不确定性表现出很强的鲁棒性。     

基于环境变化的离合器起步补偿控制

离合器半接合点位置的判断是车辆自动变速传动控制的关键技术之一。在实现车辆离合器自动起步控制的基础上，着重研究了离合器摩擦盘片磨损、路面条件和车载负荷变化等因素对离合器半接合点位置的影响，建立相应的道路模拟检验工况，并提出相应的自动补偿控制措施。     

四驱汽车电控分动器性能预测与试验

为了探讨四驱汽车电控分动器的传动性能,以带多片式离合器式的电控分动器为研究对象,提出一种基于遗传PID控制的电控分动器性能预测方法。首先通过分析分动器各部件功耗损失,构建电控分动器传动特性预测模型;其次探讨离合器摩擦副数、摩擦片内外径、润滑油粘度等参数对其性能传递的影响规律;最后在电控分动器试验台上开展了分动器性能试验。试验结果表明,所提性能预测方法能较好地预测行驶过程中电控分动器传动特性,为后期控制系统设计提供理论依据。     

摩擦传动的压电定位台高精度跟踪控制

针对选用的摩擦传动的压电定位台控制系统,首先根据其物理机理建立了近似的时域数学模型,通过开环实验,采用最小二乘法进行了参数辨识,所得模型与实际系统对输入的脉宽信号与三角波信号具有较为一致的输出;然后根据该模型的形式,采用其逆系统补偿加滑模变结构控制的方案,并讨论了该控制算法的稳定性及其参数的选择依据;最后进行了信号跟踪的实验测试,得到了微米级(最大跟踪误差为0.010 95 mm)的控制精度。作为对比,采用PI控制方法跟踪同一信号,结果表明,本文所用控制算法的控制精度远优于常规的PI控制方法。     

拖拉机液压机械无级变速器换挡过程动态特性研究

分析了液压机械无级变速器（HMCVT）的换挡过程,建立了HMCVT等效动力学模型,利用SimulationX对湿式离合器液压控制系统和HMCVT换挡过程进行了建模。对变速器无级变速特性和换挡过程中离合器的油压变化规律进行了仿真研究并与试验结果进行了对比,验证了仿真模型的正确性。依据仿真模型分析了HMCVT在换挡过程中的动态特性,研究了阻力矩对离合器滑磨功的影响规律。该仿真模型可以有效地模拟HMCVT换挡的动态过程,可用于预测传动系的性能,为改善换挡品质提供依据。     

力控和位置反馈型线控转向系统双向控制策略

针对线控转向系统中角传动比和力传动比控制存在耦合的问题,在研究线控转向系统结构和动力学特点的基础上,综合传统遥操作机器人双向控制策略的优点,并分析其对于线控转向系统控制的适用性,提出了力控和位置差反馈型线控转向系统双向控制策略,设计了路感电动机和转向执行电动机闭环控制方法。通过实车试验验证了所设计的双向控制策略有效性。结果表明,提出的控制策略可以满足转向系统控制精度,从而保证整车的转向性能。     

拖拉机机组无人作业协同控制系统设计与试验

为提高拖拉机作业机组无人作业的智能化水平,实现机组横向运动、纵向运动和机具提升作业的协同控制,设计了无人作业协同控制系统。以播种作业机组为研究对象,将拖拉机机组无人作业协同控制系统划分为规划层、决策层和执行层。规划层结合播种农艺要求和机组运动学特性,采用经/纬度坐标规划作业路径,为了同时满足直线作业区域与转向曲线区域的路径跟踪,提出自适应预瞄路径跟踪控制算法。决策层制定了拖拉机机组无人作业联合控制策略,实现拖拉机-播种机联合作业精准控制。执行层对拖拉机转向机构、机具提升机构、油门踏板、制动器、离合器等机构进行硬件线控设计。在此基础上,分别开展无人播种作业仿真与田间试验,仿真结果验证了拖拉机播种机组无人作业协同控制系统的可行性。田间试验表明：拖拉机转向器、油门踏板、离合器、制动器、机具提升机构严格根据规划层与决策层制定的控制指令协同动作。试验过程车轮转向平均误差0.45°,直线段横向误差均值为0.035 m,转向段横向误差最大值为0.11 m;机具提升响应时间为1.2 s、机具提升转角超调量小于1.5°;油门踏板、制动器、离合器均根据决策指令完成操纵动作。无人作业协同控制系统满足拖拉机机...     

汽车离合器电子控制研究

通过对传统离合器操纵系统加以改进,将机械式人工操纵过程由电子控制的液压系统来完成,实现离合器的自动化控制。本文从分析离合器工作原理方面入手,结合电子与液压控制技术的特点,将汽车行驶过程中的所有工况分解为起步、换挡、点刹、制动4个动作,建立与离合器工作状态的联系,利用换挡杆、油门踏板、制动踏板的状态改变信号,控制液压系统工作油缸的油路,实现油缸推杆的往复运动,从而控制离合器的分离与接合,使普通变速器汽车和自动变速器汽车在操作上变得非常接近。提高操作的准确性,降低汽车驾驶的劳动强度,从而提高汽车行驶的安全性。本文主要研究电子控制实现的方法。     

基于神经网络的AMT离合器自适应温度补偿控制

采用电－液控制的机械式自动变速器（AMT）控制品质受液压油温度的影响很大，克服液压系统温度对AMT离合器工作过程的影响是AMT产品化进程的一项重要工作。本文应用神经网络辨识的方法建立了无脉宽调制离合器接合过程模型及离合器分离过程温度－压力补偿模型，并在此基础上提出了基于神经网络的离合器自适应温度补偿控制方法。试验证明，该控制方法是有效可行的。     

电液负载敏感负载口独立多模式切换控制能效研究

针对传统电液控制系统单一工作模式能耗高、效率低等问题,提出了一种负载口独立多模式切换控制系统。该系统基于负载口独立控制,通过改变传统液压回路连接方式,为系统拓展多种节能工作模式并设计了多模式切换控制器。该控制器首先根据负载方向和速度方向,将系统切换至能量最优的工作模式;然后再根据工作模式为执行器进、出口配置最佳阀控策略,而泵控方式采用电液负载敏感方法使系统压力适应负载压力。为验证该系统在出口压力损失和能量再生两方面的节能效果,以传统电液负载敏感系统为对比对象,在小型挖掘机上进行了实验验证,并评估能效。实验结果证明,与传统电液负载敏感系统相比,采用负载口独立多模式切换控制方法在不降低运动跟踪性能的同时,能有效提高系统的能量效率,节能率达21.95%。