智能车油门与制动协调切换控制研究

对油门与制动协调切换控制进行研究,建立了车辆纵向控制的分层控制器。上位控制器决定被控车辆期望的速度或加速度,并且设计独立油门模糊控制器与制动模糊控制器作为下位控制器,构造一种协调切换逻辑,完成油门控制和制动控制的平稳切换,实现对油门与制动踏板的联合控制。仿真结果表明:切换逻辑能够较好的协调油门与制动模糊控制器对车辆动力学模型的输入,避免油门踏板与制动踏板同时工作以及频繁切换,实现了对期望速度和期望加速度的跟踪。     

车辆自适应巡航分层控制系统的联合仿真研究

为改善车辆自适应巡航控制（ACC）系统的功能并使其控制系统的性能更加完善,本文中研究一种ACC系统建模和分层控制方法。采用Prescan与Simulink建立了一种车辆纵向动力学模型,设计了具有上、下两层结构的自适应巡航控制系统,控制器基于Matlab/Simulink进行建模,上层结构通过最优控制理论计算出理想的期望跟车加速度,下层结构将期望跟车加速度作为输入量对车辆进行相应的加速和减速控制,通过对汽车距离差和相对速度的计算和推理,实时调整本车加速度。结果表明,所建立的巡航控制系统可以较好的实现车辆自适应巡航功能,并且保证良好的跟踪性、安全性和适应性。该控制算法具有响应速度快、超调量小、能够消除系统偏差等优点。     

汽车纵向动力学系统的模糊-PID控制

在对汽车纵向动力学控制系统进行分析的基础上，探讨了基于两车的车列纵向自动跟踪的控制问题，建立了二阶车间纵向相对距离控制模型，并设计了汽车发动机／制动器的逻辑切换规律。应用参数自整定模糊-P1D控制，对P1D的3个参数进行调节，控制被控车与导航车的车间纵向相对距离误差和纵向相对速度误差的变化范围，以实现汽车纵向控制。仿真结果表明，这种方法与模糊控制相比，减小了系统的超调量，增强了动态抗干扰能力，具有一定的鲁棒性，较好地解决了控制系统快速性和小超调之间的矛盾。作者简介：李以农，男，1961年生。重庆大学机械传动国家重点实验室教授、博士研究生导师。主要研究方向为汽车系统动力学控制、汽车主动安全性、振动控制等。发表论文70余篇。     

四旋翼飞行器的自适应鲁棒滑模控制器设计

针对四旋翼欠驱动系统的姿态控制问题,提出一种自适应鲁棒滑模控制方法。对四旋翼系统实现了双环控制,内环为姿态控制,外环为位置控制。根据牛顿-欧拉方程建立了四旋翼系统的动力学模型,针对系统中的外部扰动和参数摄动等不确定性因素,设计了基于Lyapunov稳定控制算法,内环使用自适应鲁棒滑模控制;外环使用鲁棒控制。仿真和实验表明所提控制策略对外界扰动和模型的不确定性具有较强的鲁棒性。     

电液位置伺服系统的自适应滑模鲁棒跟踪控制

针对存在参数不确定性的电液位置伺服系统的跟踪控制问题，基于滑模控制理论，提出了一种具有参数自适应能力的自适应滑模控制方法。通过自适应方法，来消除参数不确定性对系统控制性能的影响，进而实现鲁棒控制。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了自适应滑模控制系统的渐近稳定性。将该方法应用于某疲劳试验机电液伺服系统的跟踪控制，仿真和实时控制结果证明了该方法的有效性。     

基于模型预测理论的车辆纵向跟踪控制研究

为了实现智能车辆的自动纵向跟踪控制,提高车辆的安全性,针对分布式电动汽车,建立整车动力学模型;设计分层式纵向跟踪控制器,采用模型预测控制理论设计上层控制器,求解出期望加速度,并解决了无可行解的问题;下层控制器采用PID控制以实现期望加速度的跟踪。最后基于matlab/Simulink和carsim搭建联合仿真平台,验证控制器的有效性。     

考虑轮胎弛豫特性的轮毂电机驱动电动汽车鲁棒自适应驱动防滑控制

针对轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制问题,充分考虑轮胎弛豫特性对加速舒适性的影响,提出一种基于线性参数时变-鲁棒保性能极点配置的驱动防滑控制方法。阐述轮胎弛豫特性与传统稳态车轮旋转动力学的耦合机理,指出弛豫特性是造成的滑移率振荡的原因,并依此建立弛豫车轮旋转动力学模型。为了抑制车轮滑转的同时降低弛豫特性对纵向舒适性的影响,基于保性能极点配置方法设计驱动防滑控制系统。针对模型中存在的摄动参数与时变参数,构建鲁棒控制-增益调度策略保证滑移率跟踪的稳定性。数值仿真和实车试验结果表明,所设计的驱动防滑控制系统可以实现任意路面附着与初始车速下车轮滑移率的自适应控制,具有较强的鲁棒性。与传统的驱动防滑控制系统相比,其对车身加速度振荡的抑制更加明显,提高轮毂电机驱动电动汽车的纵向稳定性和加速舒适性。     

树障清理空中机器人的姿态控制器设计

以一种用于对高压线路附近的树障进行清理的树障清理空中机器人为研究对象,分析其姿态控制问题。首先,建立了具有新型结构的树障清理空中机器人的姿态动力学模型和控制分配矩阵。然后,为了克服惯性矩阵的不确定性,采用滑模方法设计姿态控制器;同时,引入非线性函数来改进传统的边界层法以提高控制器性能;接着提出了一种切换控制分配矩阵的方法来解决空中机器人在切割作业过程中的动力学模型变化的问题。最后,在仿真平台上实现了上述控制器。实验结果表明,本滑模控制器具有良好的姿态控制性能,能有效克服机体惯量的不确定性;通过切换控制分配矩阵实现了空中机器人在切割作业过程中的姿态稳定。     

双臂空间机器人的关节空间改进鲁棒控制

利用拉格朗日法及系统动量守恒关系,建立了双臂空间机器人的动力学模型;通过引入参数自适应调节律对系统不确定性边界值进行在线预估,基于增广法提出一种区别于传统鲁棒控制的改进鲁棒控制方案。通过对参数自适应调节律的开启与闭合的仿真结果表明,所提改进鲁棒控制方案对驱动具有不确定性双臂空间机器人执行所指定的双臂关节运动具有良好的控制效果和抗扰动能力。     

基于事件触发和扩展状态观测器的液压位置跟踪系统控制研究

基于网络控制技术的液压控制系统具有远程控制、模块化、资源共享等优点。然而，液压控制系统本身具有强非线性和参数不确定性等特点，结合网络控制系统具有的通信带宽受限等问题，导致控制效果不好而限制了应用。针对以上问题，提出一种具有事件触发机制和扩展状态观测器(Extended state observer, ESO)的自适应鲁棒控制策略。通过引入事件触发机制过滤大量的冗余数据，提高通信带宽的利用率。基于模型设计出一种扩展状态观测器，同时对速度值和不匹配外干扰进行估计。通过自适应算法在线估计液压控制系统的不确定参数。通过Lyapunov稳定性理论分析闭环系统的全局稳定性。试验表明所设计的算法在减少了大量数据传输量的同时，具有良好的位置跟踪控制性能。     

[电动汽车稳定性控制]异质队列的分布式鲁棒解耦控制

Based on the distributed control structure and interaction topology modeled by graph theory, a decoupled robust control strategy was presented for a heterogeneous vehicular platoon to deal with the uncertainties of node dynamics. The dynamical behavior of node composed of vehicle dynamics and a lower-level controller was assumed to be covered by a multiplicative uncertainty model. Then to decouple the platoon system, which  was skillfully decomposed into a H∞ norm bounded uncertain part and a diagonal system by applying linear transformation and eigenvalue decomposition on communication topology. The requirements of robust stability, tracking ability and vehicular platoon stability were analyzed theoretically. Comparative bench tests with a non-robust controller and different communication topologies were conducted to demonstrate its robust stability, tracking ability and vehicular platoon.     

视觉导航智能车辆横向运动的自适应预瞄控制

车道保持系统中车辆横向运动控制应模拟驾驶员的横向操纵行为,驾驶员根据前方道路曲率及车辆速度适时调节预瞄距离,以获得理想的路径跟踪性能。首先,以车辆二自由度动力学模型及车辆道路几何位置关系为基础,建立车-路横向动力学模型。其次,基于单点预瞄最优曲率模型设计侧向加速度PD跟踪控制器,联立车-路横向动力学模型构建横向控制闭环系统,分析预瞄距离、车速、道路曲率的变化对系统响应的影响。最后,设计模糊控制器对预瞄距离进行模糊选择以提高车辆横向控制精度和减小侧向加速度,采用遗传算法对模糊规则进行优化以使横向控制系统性能达到最优。试验表明,相对固定预瞄控制方法,自适应预瞄减小了车辆侧向加速度,且道路跟踪的方向偏差和距离偏差均得到减小。     

智能汽车路径跟踪混合控制策略研究

针对传统单一控制算法无法有效协调智能汽车不同转向工况下横向控制性能要求的问题,根据智能汽车在高速和低速转向工况下呈现出的系统特性差异,设计了一种基于PID控制和模型预测控制的智能汽车路径跟踪混合控制策略。该控制策略在低速模式下采用PID控制,在高速模式下则采用模型预测控制,通过车辆速度确定路径跟踪控制模式,进而设计带稳定监督的控制模式切换机制,实现了横向控制系统的平滑切换。基于Carsim和MATLAB/Simulink仿真平台对所设计的智能汽车路径跟踪混合控制策略进行了仿真验证,在此基础上,进一步完成了实车试验。仿真和实车试验结果表明,所设计的混合控制策略能够保证智能汽车不同速度下的路径跟踪性能,具有较好的跟踪精度、实时性和车辆行驶稳定性。     

Nonlinear robust control of hypersonic aircrafts with interactions between flight dynamics and propulsion systems

This paper addresses the nonlinear robust tracking controller design problem for hypersonic vehicles. This problem is challenging due to strong coupling between the aerodynamics and the propulsion system, and the uncertainties involved in the vehicle dynamics including parametric uncertainties, unmodeled model uncertainties, and external disturbances. By utilizing the feedback linearization technique, a linear tracking error system is established with prescribed references. For the linear model, a robust controller is proposed based on the signal compensation theory to guarantee that the tracking error dynamics is robustly stable. Numerical simulation results are given to show the advantages of the proposed nonlinear robust control method, compared to the robust loop-shaping control approach.     

基于模糊控制的汽车路径跟踪研究

汽车是一个非常复杂的非线性动力学系统,难以建立精确的数学模型,而模糊控制方法适用于难以建立精确数学模型的对象。将模糊控制理论引入汽车操纵逆动力学中,以汽车三自由度模型为研究对象,根据侧向偏差和偏差变化率设计了车辆的路径跟踪模糊控制器。对某车型跟踪给定双移线和蛇形路径行驶情况进行了仿真。结果表明,模糊控制方法可保证汽车准确地跟踪给定参考路径,可以作为车辆路径跟踪控制的一种有效控制方法。     

汽车自适应巡航系统的多模式切换控制

在复杂交通环境下,由于前车运动状态和驾驶意图的不可预知性,使得传统的自适应巡航控制(Adaptive cruise system,ACC)的应用受到限制,因此提出一种多模式自适应巡航控制策略。在现有上、下位控制器的基础上增加模式切换层,通过将车辆纵向运动状态划分为八种工况,使得系统根据实际工况条件选择最优的控制模式,并采用加速度加权平均算法提高模式切换的准确性和输出连续性。分别设计定速巡航、稳态跟随、接近前车、强加速、强减速和避撞六种控制模式。基于每种模式侧重的控制目标,设计相应的上位控制器并对其控制参数进行整定,从而改善了系统整体的控制品质。最后通过实车试验验证了多模式切换算法的有效性和实用性。     

摩擦力不确定的机器人液压驱动器的精确控制

基于H∞鲁棒控制器来改善机器人液压系统位置控制性能。首先经液压动力学和机械动力学分析,建立液压驱动系统的数学模型,摩擦力采用Dahl模型。然后按系统参数标称值设计基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制器,对权值函数进行优化选择。最后经仿真和实验验证得出如下结论：该控制方法可以有效抑制摩擦力参数误差对位置跟踪控制的影响,尤其在速度换向时摩擦力模型的不确定性产生的影响,显著减小了位置跟踪误差,且该控制器稳态和过渡性能都优于传统PID控制器。     

Vehicle tests of a longitudinal control law for application to stop-and-go cruise control

This paper presents the implementation and vehicle tests of a vehicle longitudinal control scheme for Stop and Go cruise control. The control scheme consists of a vehicle-to-vehicle distance control algorithm and throttle/brake control algorithm for acceleration tracking. The desired acceleration of a vehicle for vehicle-to-vehicle distance control has been designed using Linear Quadratic optimal control theory. Performance of the control algorithm has been investigated via vehicle tests. A millimeter wave radar sensor has been used for distance measurement. A stepper motor and an electronic vacuum booster have been used for throttle/ brake actuators, respectively. It has been shown that the proposed control algorithm can provide satisfactory performance.     

基于耗散性理论的汽车底盘集成非线性鲁棒约束优化控制

针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统集成控制问题,基于耗散性理论设计了一种非线性鲁棒控制器。将未建模动态、模型参数和反馈信号测量误差作为系统的加性不确定性和乘性不确定性,建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车底盘集成控制模型;基于耗散性理论设计汽车底盘集成非线性L2增益控制律来抑制系统的加性不确定性对系统性能的影响,并采用投影修正法设计自适应律来实时估计和补偿系统的乘性不确定性;采用逐步二次规划法来实现汽车底盘集成非线性L2增益控制律输出的校正横摆力矩约束优化分配。最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的汽车底盘集成非线性鲁棒控制器的可行性和有效性进行了验证。     

P2混合动力发动机启动控制设计

在研究P2双离合器变速器混合动力构型发动机启动控制理论的基础上，设计了P2混合动力总成发动机启动动态工况的控制策略，给出了相应控制过程的动力控制目标值计算公式及相应的分析。通过对所设计的启动控制策略进行仿真及实车测试，验证了该控制策略能有效地实现发动机的启动功能。同时由实车测试车辆的纵向加速度曲线可知，所设计的控制策略在车辆平顺性上也取得了很好的效果。