基于单步法的车辆主动悬架有限频域静态输出反馈控制

针对车辆主动悬架系统,提出了基于单步法求解的静态输出反馈有限频域H∞控制器设计方法。由于现有的有限频域H∞控制定理含有双线性项,且全状态反馈控制增益并不满足单步法的充分条件,导致静态输出反馈问题无可行解。文中应用GKYP引理给出了一个新的基于静态输出反馈的有限频域H∞控制定理。该定理可采用单步线性矩阵不等式LMI直接求解,相对于传统的迭代LMI及CCL算法,极大地简化了设计过程。借助状态反馈信息,避免了初始求解的不可行性。最后,通过数值算例及台架试验验证了该方法的可行性。     

具有时滞的主动悬架非脆弱H∞/L2-L∞静态输出反馈控制

提出了一种综合考虑系统输入时滞和控制器摄动的非脆弱H∞/L2-L∞静态输出反馈控制器的设计方法,并用于车辆主动悬架设计。针对悬架设计要求,分别用H∞和L2-L∞范数反映乘坐舒适性及时域硬约束要求。通过采用一个时滞相关Lyapunov函数分别获得了时滞相关非脆弱静态输出反馈H∞控制器和L2-L∞控制器的双线性矩阵不等式(BMI)存在条件。通过将粒子群优化(PSO)和差分进化(DE)的混合算法与线性矩阵不等式(LMI)方法相结合,求解具有BMI约束的优化问题。仿真结果表明,在存在输入时滞和控制器摄动的情况下,主动悬架仍然能够保证自身的性能。     

车辆主动悬架LQG控制器的设计与仿真分析

通过建立 1 / 2车辆模型和路面输入模型 ,应用最优控制理论进行了车辆主动悬架的 L QG控制器的设计 ,并在 Matlab/ Sim ulink环境中建立系统模型并进行仿真模拟 ,将主、被动悬架的车身加速度、仰俯角加速度、悬架动挠度及车轮动位移 4项指标进行了对比分析。仿真结果表明 ,具有 L QG控制器的主动悬架对车辆行驶平顺性和乘坐舒适性的改善有良好的效果     

车辆主动悬架路面自适应控制系统

针对不同的路面状况,采用增加高低通非线性滤波器的方法,对控制目标进行优化处理,并利用逆向递推(Backstepping)技术,设计了一种主动悬架的路面自适应控制器。仿真结果表明,在不同的路面激励信号作用下,都能取得较好的控制效果,与被动悬架相比,大大改善了乘座的舒适性。     

车辆主动悬架的LMS自适应模糊控制

以车辆操纵稳定性及行驶平顺性为控制目标，确定车辆系统的簧上质量加速度、车轮动载荷、悬架动挠度为具体评价参数。根据路面一车辆系统的非线性特点，提出一种LMS自适应模糊控制算法，其模糊控制规则表可以用解析的方法进行计算。针对简化的车辆模型，在以路面信号作为激励源的仿真研究中，该算法对非线性较强的车辆悬架系统的振动控制具有较好的适应性。     

馈能型车辆主动悬架技术

在车辆底盘悬架系统中,馈能型车辆主动悬架的发展已受到关注,其功能是在提高车辆行驶平顺性的同时尽可能地回收由不平路面激励引起的悬架系统振动能量,以减少主动悬架的能耗.本文首先对近年来馈能型车辆主动悬架的发展和研究进行了全面回顾,然后着重对电磁式馈能悬架进行了总结,最后对电磁式馈能悬架的核心问题进行了分析.随着电磁技术的日趋成熟,电磁式馈能悬架将会具有良好的发展前景.     

车辆节能型主动悬架的研究

出于节能和主动控制的考虑,利用无刷永磁直线直流电机作为主动悬架的作动器,提出并设计了这种主动悬架的基本结构,对车辆模型进行运动学分析并设计了控制器。通过对该模型的仿真分析结果表明,主动悬架实现了汽车振动的主动控制,可储存再利用振动的能量,达到节能的要求。     

车辆防抱制动系统与主动悬架联合控制

提出了车辆防抱制动系统与主动悬架联合控制的策略：法车辆制动时，主动悬架控制系统不再以乘坐舒适性为主要控制目标，而是作为调节轮胎法向反力变化的工具，使得轮胎法向反力在车轮滑移率达到最优时也达到最大值，从而获得最大地面制动力。结合7自由度非线性车辆模型，考虑轮胎动态特性的影响，利用基于滑模变结构控制理论联合控制策略进行了车辆制动模拟试验。试验结果表明，车辆采用防抱制动系统与主动悬架联合控制，在保证车辆制动稳定性的同时充分利用路面提供的最大附着系数，获取最大地面制动力，从而显著提高了车辆制动性能。     

车辆半主动悬架模型参考滑模控制

提出采用模型参考滑模控制的半主动悬架系统的鲁棒控制策略,使用四分之一汽车动力学模型作为研究对象,设计的控制器易于实现,并且不需要测量路面的输入信号和减振器的阻尼力.该控制器用一个改进的天棚控制系统作为参考模型,并确定了控制律,以使渐近稳定滑模能在实际被控系统和参考模型间的误差动力学系统中产生.用等速趋近率改善滑模运动段的动态品质.将控制器的性能和被动悬架系统、实际天棚系统以及理想天棚系统进行了对比.仿真研究证实了控制器的有效性和鲁棒性.     

基于遗传算法和神经网络的车辆主动悬架控制技

采用遗传算法与神经网络相结合的控制策略,以四自由度车辆主动悬架半车模型为仿真对象,与传统的被动悬架进行控制性能比较.通过改变神经网络训练参数、遗传算法输入函数以及车速,对系统的响应特性进行了分析.结果表明车辆主动悬架控制策略可以减小车辆的振动,改善车辆行驶平顺性.     

车辆半主动悬架自适应模糊控制

给出了车辆半主动悬架自适应模糊控制方法,设计了自适应模糊控制器,将模糊系统辨识和模糊控制结合起来,对自适应模糊控制规则进行了修正,使自适应模糊控制的复杂性得以简化,提高了半主动悬架控制的实时性,从而达到最佳的控制效果。与被动悬架的对比分析表明,自适应模糊控制半主动县架具有优良的减振性能。     

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。     

农用车辆自主导航控制系统设计与试验

集成软硬件系统搭建了一套农用车辆自主导航系统并进行了试验研究。硬件系统包括传感器、执行器和CAN-Bus通信网络;软件系统基于Windows操作系统、Visual Studio 2005开发环境,采用多线程编程技术开发。依据运动学规律建立了车辆运动模型,依据转向机构闭环响应曲线辨识了转向系统闭环模型,综合2个模型确立了航向与横向控制系统开环传递函数,基于PID理论设计了航向与横向控制器。试验结果表明:软硬件系统运行稳定;初始航向偏差在-86°与84°时,调节时间均在2 s以内,稳定后航向跟踪的精度均在1°以内;初始横向偏差在0.7 m和1.2 m时,横向偏差的最大值分别为10.4 cm与9.2 cm,横向偏差平均值分别为6.4 cm与3.5 cm,横向偏差标准差分别为2.6 cm与1.7 cm,横向控制器能够使系统平滑稳定地跟踪期望路径,跟踪精度在厘米级。     

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。     

拖拉机极限态侧翻回稳陀螺主动控制系统设计与试验

针对拖拉机在斜坡行驶中受复杂路况激扰易引发的极限态侧翻失稳问题,基于单框架控制力矩陀螺设计了主动侧翻回稳控制系统。以单侧轮胎离地侧翻工况为主要研究对象,利用欧拉-拉格朗日方程构建了整机和力矩陀螺耦合系统的非线性侧倾动力学方程,并基于反步设计法推导了状态反馈控制律。该控制律可依据侧翻危险程度实时调整陀螺转子的进动角速度,定量输出侧翻回稳力矩。以环境障碍物和整机行驶速度为变量,开展了极限态侧翻失稳控制比例模型试验。结果表明,与无控制组相比,采用力矩陀螺主动侧翻回稳系统可显著调控拖拉机的侧倾过程,且在实际侧倾角大于静态临界侧倾角9.58%时仍能有效实现侧翻回稳。研究表明,提出的控制方法可适用于不同危险程度的极限侧翻工况,为拖拉机主动安全控制提供理论依据和技术参考。     

拖挂式大载荷特种车辆导航控制系统设计与试验

针对拖挂式大载荷特种车辆作业自动化以及高精度安全作业需求,以大载荷牵引车为对象,设计了一套拖挂式机组自主导航控制系统。车载程控系统采用模块化分布式系统,通过CAN总线实现系统内各模块间通信,远程运管平台与车载程控终端之间采用TCP协议进行数据通信,实现远程运管平台与车载程控系统间信息交互。建立拖挂式特种车辆的运动学模型,分析牵引作业时被牵引机具的牵引状态和最小转弯半径。针对传统纯追踪算法中固定前视距离缺陷,本文根据当前牵引车实时速度、追踪路径曲率、航向等信息动态计算前视距离,将固定前视距离改进为动态前视距离追踪,由单参数变为多参数进行优化控制参数,显著提高了轨迹追踪精度;使用随机森林算法对轨迹追踪数据进行特征提取,根据各个特征重要性指标权重,修改算法参数。在试验场地为水平倾斜度最大为2°的空旷的水泥跑道上,牵引车质量2t,被牵引机具质量10t、长22m,且牵引机组设计要求最大行驶速度为6km/h、最大横向偏差为50cm。根据复杂路径试验与数据分析,系统纠偏响应时延最大为84ms,牵引机组绝对横向误差最大为37.14cm,平均绝对误差为14.91cm,满足大载荷拖挂作业中的实际应用要求。     

基于变量马达控制的喷雾机驱动防滑系统设计与试验

高地隙自走式喷雾机因其作业环境复杂易产生车轮滑转,影响静液压驱动系统流量及压力稳定性,严重时导致整机失去通过性能,故须进行防滑控制,保证其具备驱动稳定性和脱困能力。本文提出一种高地隙自走式喷雾机静液压驱动系统防滑控制方法,采用双线性模型定义滑转率与附着系数之间的关系,设计了滑模控制器,并通过田间非道路试验验证了驱动防滑系统的控制性能。试验结果表明,该系统可将喷雾机滑转率控制在0.15以内。在起步加速与匀速工况下,喷雾机滑转率均值为0.020和0.019;在越沟工况下,可2s内实现整机快速脱困。以上结果验证了所设计的喷雾机滑模驱动防滑系统具有良好的防滑性能,能够保证喷雾机在典型工况下平稳行驶,有效减少了地面不利条件对整机行驶稳定性的影响。     

基于滑模自抗扰的同步转向高地隙喷雾机姿态控制

为提高同步转向高地隙喷雾机转向机构对目标状态的响应速度与鲁棒性,提出了一种滑模自抗扰姿态控制策略。首先,基于同步转向结构建立喷雾机姿态控制模型;其次,将喷雾机的姿态控制模型进行解耦并转换为反馈系统标准型;然后,设计线性扩张状态观测器对模型总扰动进行实时补偿,并根据补偿后的模型推导出终端滑模控制律;最后,分别通过仿真试验以及场地试验对姿态控制器的性能进行验证。在场地试验中：当目标转角为5°时,喷雾机前、后转向角的响应时间分别为1.55 s和1.45 s,当目标转角为20°时,前、后转向角的响应时间分别为3.05 s和2.95 s。本文所提出的滑模自抗扰姿态控制器与传统PID姿态控制器相比,前、后转向角的响应速度分别提高8.42%与1.89%,稳态误差分别降低2.96%与3.15%。仿真试验与场地试验结果表明,滑模自抗扰姿态控制算法收敛速度快、鲁棒性强,能够满足喷雾机在不同环境下进行无人自主导航作业的需要。     

基于分层控制的大功率拖拉机前桥悬架减振系统研究

大功率轮式拖拉机质量大、车身重心高,在高速运输作业时受路面不平度影响,易产生剧烈的颠簸振动,直接影响拖拉机操纵稳定性和行驶平顺性,甚至危及行驶安全。基于此,综合考虑大功率轮式拖拉机车身振动加速度与悬架动挠度的变化及悬架系统充放油过程中的非线性控制等问题,提出了适用于大功率轮式拖拉机前桥悬架减振系统的设计与控制方案。首先,设计了前桥悬架减振系统,建立了带前桥悬架的1/4拖拉机振动模型;其次,在充分考虑前桥悬架控制系统特点的基础上,建立了基于参考天棚-地棚模型的分层控制算法,构建了Matlab/Simulink仿真模型,并与常规PID算法对比分析,结果表明分层算法的控制性能优于常规PID控制;最后,搭建了前桥悬架系统硬件在环仿真平台和室内试验平台,开展了悬架减振控制策略和控制效果的试验验证。试验结果表明,基于参考天棚-地棚模型的分层控制算法能快速调整控制参数,所设计悬架系统的车身振动加速度均方根降低至2.36 m/s²左右,较被动悬架下降55.8%,同时悬架动挠度的均方根被限定在较小范围内,明显优于被动悬架系统,满足大功率轮式拖拉机前桥悬架的减振需求,且试验结果与仿真...