基于自抗扰控制的双重转向运动控制系统设计与试验

为进一步提升农业机器人底盘田间转向效率,设计了一种基于自抗扰控制的农业机器人底盘双重转向运动控制系统。根据苹果种植农艺需求和行驶环境,确定了底盘组成和主要技术参数,开展了硬件系统搭建和部件选型。建立了底盘4自由度动力学模型,明确了衡量转向效率的状态空间方程。提出了一种基于自抗扰控制的双重转向控制策略,建立了Simulink动力学仿真模型,并进行了转向仿真模拟。仿真结果表明,自抗扰双重转向运动控制模型横摆角速度为0.241rad/s,转弯半径为1.96m,扰动恢复时间为1.04s,相较于传统PID双重转向控制模型,该模型横摆角速度更大、转弯半径更小、恢复稳定状态更快。田间试验结果表明,底盘平均横向偏移距离为18.5cm,滑移率为4.84%,大半径转弯测试中双重转向控制底盘的转弯半径平均值相比阿克曼转向控制分别减少0.60、0.57m,平均转向时间减少4.70、3.41s。小半径转弯测试中双重转向控制底盘的转弯半径平均值比阿克曼转向控制分别减少0.52、0.49m,平均转向时间减少10.27、8.22s。     

基于噪声抑制的电液位置伺服系统自抗扰控制方法

测量噪声对扩张状态观测器带宽的限制是影响电液伺服系统自抗扰位置控制器性能的关键问题。为此,提出了一种基于噪声抑制扩张状态观测器的改进自抗扰控制方法。建立电液伺服系统非线性模型,通过坐标变换构造链式积分器结构,明确电液伺服系统“总扰动”。引入低通滤波器抑制高频测量噪声,利用滤波后的位置信号构建改进型扩张状态观测器,补偿滤波器导致的相位滞后,分离状态反馈与扰动估计,增加新的扰动估计调节参数,调和观测器高带宽、高估计性能与噪声放大间的矛盾。采用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真与试验结果表明,在系统受扰状态下,与传统LADRC相比,本文所提出控制方法扰动抑制能力更强,位置跟踪精度更高,为自抗扰控制器的工程应用提供了参考。     

基于负载力补偿的自抗扰复合电液位置控制方法

由于电液位置控制系统存在严重的非线性、内部参数的时变性以及外负载的干扰性,严重影响了系统静、动态控制效果。为此,提出了一种基于负载力补偿的自抗扰复合控制方法。给出了复合控制策略的工作原理;设计了自抗扰控制器,利用扩张状态观测器来观测和补偿系统内部参数和外部负载力的不确定性,从而有效地抑制了内部扰动和外部扰动对系统的影响;设计了负载力补偿控制器并导出负载力的补偿模型,进一步削弱了外负载变化对系统的不良影响,同时提高了系统的位置控制精度。通过Matlab仿真和半物理仿真平台分别进行了复合控制策略的验证。仿真及实验结果表明:自抗扰控制器有效地抑制了内外扰动的干扰,而负载力补偿控制器的引入使系统在抑制了外负载力摄动的同时实现了位置的精确定位控制,验证了所提控制策略的有效性。     

基于微分平坦与自抗扰控制的伸缩臂抖动抑制研究

采用主动抑振系统快速抑制冲击作用下的套叠结构臂体振动。考虑到臂体末端变形量不易测量的问题,将伸缩臂模型等效为由扭簧连接的两刚性杆系统,以变幅力矩为输入、两杆仰角为输出,建立拉格朗日动力学模型。将第1杆仰角与第2杆末端加速度合成微分平坦输出,构建单输入、单输出的二阶系统。采用线性自抗扰控制器,根据杆长变化实时更新扩张状态观测器和控制回路参数,使系统参数的物理意义明确,简化了整定过程。仿真和实验结果表明,在不同臂长条件下,均能实现2 s内消除抖动并保持仰角设定值稳定的效果。该方法整定过程直观、简便,在简化模型条件下,根据外伸长度调整控制系统参数,保证了系统的抗扰能力持续有效。     

水肥一体化施肥机EC和pH改进自抗扰解耦控制

针对水肥一体化施肥机控制系统在交叉耦合、内外不确定条件下难以通过建立精确数学模型进行跟踪控制的问题,提出一种EC和pH改进自抗扰解耦控制策略。利用六次多项式曲线拟合对系统阶跃响应数据进行滤波处理,由面积法构建系统简化数学模型。选择静态解耦法实现系统解耦,对分解后的两个子系统分别设计自抗扰控制器并进行改进,给非线性状态误差反馈率添加类积分项,并引入模糊控制理论实现其参数在线自整定。仿真结果表明,系统EC和pH的调节时间分别为44 s和39 s,超调量分别为5.5%和0.3%,输出绝对误差分别小于0.1 mS/cm和0.2,该控制器能够实现系统高精度独立调节,相比于线性自抗扰和PID控制器,响应速度更快,抗干扰能力和鲁棒性更强。试验结果表明,该控制器调节误差与仿真结果吻合,并且能够使系统用水量、用肥量、用工量分别降低33.13%、35.75%、35.01%,作物产量提升15.16%,节水、节肥、节工和增产效果显著,具有很高的可行性。     

变速恒频发电系统变桨距自抗扰控制分析

变速恒频风力发电系统属于高精度控制的系统,它呈现非线性的架构,会受到风能及气动效应的干扰和影响,因而难于控制,使其输出的电能质量较差,需要对其进行控制分析,提高变速恒频发电系统在运行区域内的动态性能,要根据变速恒频发电系统的控制现状,采用设计下的自抗扰控制技术,利用自抗扰控制器进行仿真分析,提高变速恒频发电系统的动态性能及鲁棒性.     

智能车辆横向混合切换控制器设计

考虑到智能车辆在不同工况下表现出不同的系统特性,设计了由线性二次型最优控制律和利用模糊逻辑推理得到的模糊控制律组成的混合切换控制器。当偏差和偏差变化率较小时(小角度转弯),假设系统特性固定不变,切换到最优控制律;而在偏差和偏差变化率较大时(大角度转弯),车辆具有强非线性、时变、耦合和参数不确定性等特性,切换到模糊控制律。采用ADAMS和Matlab/Simulink联合控制仿真的方法对该智能车辆的横向控制算法进行仿真,并通过试验验证。仿真和试验结果表明:该横向控制器可保证智能车辆在路径跟踪过程中的准确性和平稳性。     

基于改进型自抗扰控制的复合翼无人机旋翼控制系统设计与试验

针对多旋翼无人机在飞行过程中容易受到各种外部扰动的影响,以复合翼无人机的旋翼控制系统为研究对象,设计了一种自抗扰控制系统。首先,建立了多旋翼无人机系统运动学模型和动力学模型;其次,对自抗扰控制算法的特点展开研究,结合无人机模型分别设计了位置和姿态控制器。并改进了扩张状态观测器,引入了更精确的动力学模型,提升了扰动观测速度和估计精度,同时,降低了扩张状态观测器的阶数,提升了控制器调参简易性;再次,依据六自由度力和力矩的平衡方程,对本文研究对象搭建了控制分配模型。最终,采用Matlab/Simulink完成仿真模型设计和参数调节,对控制目标分别加入了内部重力扰动和外部风力扰动,仿真结果表明本文设计的控制器不仅可以很好地估计出系统内外扰动并进行补偿,而且具有极强的抗干扰性,可以保证无人机从初始点快速且平稳到达目标位置,并保持稳定悬停,姿态控制稳态误差在0.05°以内。     

小型无人直升机航向线性自抗扰控制

针对小型无人直升机航向系统存在内部不确定性和外部扰动大的问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)算法来实现航向通道高性能控制方法。首先,分析和推导了Trex-600型无人直升机的航向模型,并引入阵风模型模拟实际飞行环境。然后,根据LADRC的控制原理设计了基于二阶LADRC的航向控制系统,并利用人工蜂群算法对控制器参数进行了整定。最后,对所设计的控制策略进行了仿真分析与实验验证,实现了无人直升机航向通道的轨迹跟踪控制,并与常见的PID控制进行了比较。结果表明:设计的LADRC控制器鲁棒性好、响应时间快、控制精度高,能够使Trex-600型无人直升机的航向角快速、精确地跟踪参考轨迹。     

基于模型预测算法的智能车辆横向控制研究

针对智能车辆的横向控制问题,采用3自由度车辆模型,设计了一种基于模型预测算法的车辆横向控制策略。将非线性的3自由度车辆模型进行线性化和离散化,得到线性离散的车辆模型。以前轮转角为控制量,横摆角偏差和横向位移偏差为输出量推导出车辆预测模型,并且建立目标函数和约束条件。最后通过驾驶员在环仿真实验验证,所提出的控制策略能有效实现智能车辆的横向控制。     

智能车辆横向混合切换控制器设计

考虑到智能车辆在不同工况下表现出不同的系统特性,设计了由线性二次型最优控制律和利用模糊逻辑推理得到的模糊控制律组成的混合切换控制器。当偏差和偏差变化率较小时(小角度转弯),假设系统特性固定不变,切换到最优控制律;而在偏差和偏差变化率较大时(大角度转弯),车辆具有强非线性、时变、耦合和参数不确定性等特性, 切换到模糊控制律。 采用ADAMS和Matlab/Simulink联合控制仿真的方法对该智能车辆的横向控制算法进行仿真,并通过试验验证。仿真和试验结果表明：该横向控制器可保证智能车辆在路径跟踪过程中的准确性和平稳性。     

基于模糊PID算法的智能车电机转速控制研究

针对传统PID控制参数难以适应不同曲率半径车道下智能车运行速度变化和RS-540有刷直流伺服电机调速变化的问题,设计了自适应模糊PID算法.首先,建立了电机的数学模型,提高控制精度,在此基础上构建了自适应模糊PID控制器,然后,通过PWM脉冲改变电枢电压的平均值来控制电机转速,再通过低通滤波使速度输出平滑.加入陀螺仪使...     

基于IoT技术的智能播种机控制功能设计

随着精细农业的发展,精密播种对农作物生产质量和产量的影响也越来越大。传统机械式播种机在播种过程中存在漏播、播种株距不均匀及作业工况不可视等诸多问题,严重影响了播种作业的质量和农作物产量。为解决这一难题,引入IoT物联网技术,通过智能传感、无线通信和自动控制等先进技术,对智能播种机的控制功能进行优化设计。在深入研究分析IoT物联网体系结构的基础上,完成了智能播种机控制功能需求分析,对智能播种机控制系统的总体方案进行研究,完成了播种机控制系统的硬件及软件运行流程优化设计。最后,对智能播种机的控制功能进行试验,结果表明:基于IoT技术的智能播种机具有稳定全面的自动控制功能,能够对播种机的运行参数进行精确控制,且可对播种机的运行工况进行远程监控,具有较大的推广价值。     

传感器感知盲区条件下智能汽车主动制动系统控制研究

传感器感知盲区是造成智能汽车交通事故的主要原因之一。为了降低传感器感知盲区对智能汽车主动安全性能的影响,对传感器感知盲区条件下的智能汽车主动制动系统控制进行了研究。首先,建立感知盲区数据库,并搭建卷积神经网络对其进行识别;其次,根据其运动特征进行分类,建立感知盲区条件下的安全距离模型;最后,基于上述安全距离模型对感知盲区内的潜在障碍物进行自车速度控制,达到主动避撞的目的。仿真和实车试验表明,提出的传感器感知盲区分类可以较好地表述感知盲区的运动特征,传感器感知盲区条件下的主动避撞安全距离模型对潜在障碍物有较好的预防作用,主动避撞算法提高了智能汽车在传感器感知盲区内的主动安全性能。     

嵌入式收割机车载系统底层硬件的设计——基于智能控制技术

为了提高收割机车载系统的智能化水平,将嵌入式系统和智能PID控制技术引入到了车载控制系统的设计上,并以车载自主导航系统的设计为例,设计了底层硬件系统.为了验证系统的可行性,以收割机自主导航为研究对象,对收割机使用智能控制技术前后的避障轨迹进行了测试.测试结果表明:未采用智能控制技术时,收割机自主行走时容易与障碍物发生碰...     

基于跟踪误差模型的无人驾驶车辆预测控制方法

针对无人驾驶车辆的轨迹跟踪问题,在分析车辆运动学模型的基础上,设计了一种基于模型预测控制理论的轨迹跟踪控制方法。首先,将车辆运动学模型进行线性化处理,得到车辆运动学线性跟踪误差模型,该模型可以用来预测车辆的未来行为。其次,利用此跟踪误差模型作为预测模型,应用线性模型预测控制方法,通过优化得到使性能指标最小的控制序列,将控制序列的第一步作用于系统。最后,建立了3种典型的道路试验曲线,并且在基于实时多体动力学软件Vortex搭建的虚拟仿真平台中对轨迹跟踪控制器进行了仿真。仿真结果表明,该控制器可以保证无人驾驶车辆快速且稳定地跟踪参考轨迹,距离偏差和方位偏差都在合理的范围内,且实时性可以达到要求。     

机动车侧倾稳定性试验台的研究设计

机动车侧倾稳定性试验台是测试机动车在规定坡度上抗侧翻能力的专用设备.根据试验台为达到实际应用目的所应具有的功能,分析试验台的设计工作原理,指出试验台总体结构主要包括机械平台、液压系统、测量控制系统、安全防护装置、临界角度控制系统、限位防护系统等,分别阐述了总体结构设计、机械平台设计、液压系统设计、测控系统设计、安全防护装置设计等设计要点,明确试验台设计时因遵循可靠性、安全性、操作方便性设计原则.通过测控精度对试验台设计制造成本的影响,给出了试验台设计时可供参考的测控精度值.     

基于神经网络的无人驾驶车辆转向控制研究

为了提高无人驾驶车辆进行路径跟踪时转向的准确性,基于神经网络控制理论,利用ADAMS/Car与MATLAB/Simulink进行无人驾驶车辆转向控制联合仿真。利用ADAMS/Car模块建立整车模型,进行规定路径下的跟踪实验并收集路径、车速、前轮转角等信息,以作为神经网络的训练样本。利用MATLAB对训练样本进行训练,并在Simulink中建立神经网络控制器。最后利用ADAMS/Control模块连接ADAMS/Car与MATLAB/Simulink,实现无人驾驶车辆路径跟踪时转向控制的联合仿真。仿真分析结果表明:所建立的神经网络转向控制器能够对路径进行良好的跟踪且具有良好的鲁棒性;同时验证了联合仿真的可行性与优越性,为智能车辆的整车开发提供了思路。