舵鳍联合减摇的鲁棒控制系统

为了在保持航向的同时, 达到较好的减摇效果, 提高船舶航行的安全性和舒适度, 设计一种舵鳍联合控制系统。根据先验知识, 用具有工程意义的带宽频率、高频渐近线斜率、最大奇异值和频谱峰值4个参数构造了闭环系统的传递函数阵, 给出了多输入多输出系统的闭环增益成形算法, 将之应用于舵鳍联合减摇的控制中, 运用Simulink工具箱得到仿真曲线。仿真结果表明所设计的控制系统在保证航向控制的同时, 船舶横摇平均在±2°左右, 最大4°, 达到了较好的减摇效果。     

船舶航向非线性系统的输出反馈鲁棒控制

考虑船舶航向控制系统模型中存在非线性, 假设模型参数和外界干扰有界的情况下, 首先利用Lyapunov稳定性理论, 提出了一种状态反馈鲁棒控制新算法的自动舵设计, 进而考虑到实际船舶上, 在进行航向控制时, 并不是所有船舶运动状态都是可测的, 仅有航向是可测的, 采用一种高增益状态观测器对状态进行重构, 提出了输出反馈鲁棒控制自动舵设计。以大连海事大学远洋实习船“育龙轮”为例, 进行了输出反馈鲁棒控制自动舵设计, 并利用Matlab工具箱进行了仿真研究, 结果证明该算法是十分有效的     

基于MATLAB的H∞鲁棒控制器的设计

简述了 H∞ 鲁棒控制器的基本思想 ,给出了运用 MATLAB鲁棒控制工具箱为假定空间桁架设计 H∞ 鲁棒控制器的设计过程 ,同时也给出了控制器作用下闭环系统的分析结果 ,设计所得到的控制器控制效果非常好 ,达到了设计的目的     

Adaptive control of active balancing system for a fast speed-varying Jeffcott rotor with actuator time delay

Due to actuator time delay existing in an adaptive control of the active balancing system for a fastspeed-varying Jeffcott rotor, if an unsynchronized control force (correction imbalance) is applied to the system,it may lead to degradation in control efficiency and instability of the control system. In order to avoid theseshortcomings, a simple adaptive controller was designed for a strictly positive real rotor system with actuatortime delay, then a Lyapunov-Krasovskii functional was constructed after an appropriate transform of this sys-tem model, the stability conditions of this adaptive control system with actuator time delay were derived. Afteradding a filter function, the active balancing system for the fast speed-varying Jeffcott rotor with actuator timedelay can easily be converted to a strictly positive real system, and thus it can use the above adaptive controllersatisfying the stability conditions. Finally, numerical simulations show that the adaptive controller proposedworks very well to perform the active balancing for the fast speed-varying Jeffcott rotor with actuator timedelay.     

铁道车辆横向能量回馈式主动悬挂鲁棒控制

为保证一类具有参数不确定的铁道车辆横向能量回馈式主动悬挂系统的稳定性, 通过引入带有交叉乘积项的二次型调节器, 提出了一种鲁棒H∞控制器的设计方法, 并对含摄动的悬挂系统模型进行了鲁棒H∞控制器设计。分析了具有参数摄动的能量回馈式主动悬挂系统的能量平衡条件, 并在MATLAB/SIMULINK下, 对控制系统进行了仿真。仿真结果表明: 不确定闭环系统的结构奇异值峰值为0.867 5, 鲁棒H∞控制器使得能量回馈式主动悬挂系统鲁棒稳定; 车辆模型的共振频率增益降低了40 dB, 悬挂减振性能得到明显改善; 整个仿真过程回收能量为29.5 J, 系统达到了能量平衡。     

车辆主动前轮转向与直接横摆力矩自适应控制

基于Lyapunov理论提出车辆主动前轮转向与直接横摆力矩的集成控制方法, 在二自由度车辆模型的基础上设计了自适应控制器, 对轮胎刚度进行自适应估计以补偿轮胎侧向力的非线性, 基于MATLAB和CarSim软件搭建了车辆闭环仿真模型, 在路面上进行了正弦输入仿真试验。仿真结果表明: 附着系数为0.8、车速为100 km·h^-1时, 前轴侧向力最大误差为210 N, 约占前轴实际侧向力的8.1%, 后轴侧向力最大误差为296 N, 约占后轴实际侧向力的8.5%;附着系数为0.3、车速为80 km·h^-1时, 前轴侧向力最大误差为146 N, 约占前轴实际侧向力的8.5%, 后轴侧向力最大误差为142 N, 约占后轴实际侧向力的9.8%。车辆主动前轮转向与直接横摆力矩集成控制的效果优于主动前轮转向和直接横摆力矩单独控制的效果。     

基于相位补偿的电动助力转向系统控制方法

采用动力学与控制理论, 研究了具有3个集中质量的电动助力转向系统的物理和数学模型, 建立了总体结构图, 在对外环特性进行分析的基础上, 对总体结构图进行等效变换, 根据系统要求对控制系统进行了设计, 研究了控制对象的传递函数、控制系统的结构图、开环系统的Bode图、Nyquist图以及系统的稳定性, 并进行了台架试验。研究发现控制系统的结构图可以表示为内、外两环结构, 内环包含了反电动势的反馈通道, 采用快速比例积分(PI)控制的内环, 可以忽略反电动势, 没有进行相位补偿的系统幅值裕度和相位裕度约为负值, 稳定性较差, 而进行相位补偿后系统的稳定性较好。结果表明在系统低频共振频率范围内采用超前校正, 提供相位补偿是解决电动助力转向系统振动和稳定性的有效方法。     

基于Ziegler—Nichols的PID控制系统仿真分析

介绍基于Ziegler-Niehols的PID参数整定方法和PID控制器设计,应用MATLAB／Simulink对所提出的PID参数整定方法进行仿真分析。仿真结果表明,此方法设计的PID控制器的各项性能指标良好。     

高速列车滑模自抗扰黏着控制方法

为解决高速列车运行过程中因轨面情况改变,导致列车没有达到最大黏着利用而出现空转或滑行等问题,设计了一种基于最大黏着系数的滑模自抗扰(SM-ADRC)黏着控制器;考虑轮轨间黏着特性的复杂、时变与非线性等特点,基于黏着机理分析,建立了轮轨间牵引系统的力学模型;采用极大似然估计(MLE)方法对不同轨面的相关参数进行辨识,计算了当前轨面的最大黏着系数,保证列车始终能达到最大黏着利用;通过引入滑模算法改进了自抗扰控制(ADRC)中非线性误差反馈控制律部分,设计了一种SM-ADRC黏着控制算法,利用Levant跟踪微分器减小初始跟踪误差,利用扩张状态观测器(ESO)估计和补偿系统总的外部扰动,由滑模控制提高系统的鲁棒性;采用MATLAB软件对CRH380A型高速列车进行仿真,在轨面情况改变时,由SM-ADRC黏着控制器控制列车跟踪设定速度,并将其与比例积分微分(PID)控制器、滑模控制器、ADRC的仿真结果进行对比。仿真结果表明：干燥轨面的最大黏着系数是0.160,16 s时辨识出真值;潮湿轨面的最大黏着系数是0.106,18 s时辨识出真值;ADRC的速度跟踪误差范围为±1 km·h^-1,轨面变化后,速度跟踪误差波动幅度较大;SM-ADRC黏着控制器的速度跟踪误差范围为±0.4 km·h^-1,轨面变化后,速度跟踪误差波动幅度较小,更加平滑稳定,速度控制跟踪精度更高,且优于PID和滑模控制方法。可见,所提出的SM-ADRC黏着控制器能够实现列车的快速黏着控制,并达到最大的黏着利用。     

基于模型预测控制的CACC系统通信延时补偿方法

为确保通信延时条件下协同式自适应巡航控制(CACC)系统的弦稳定性,利用模型预测控制(MPC)和长短期记忆(LSTM)预测方法,研究CACC系统中车辆协同控制下的通信延时补偿方法;基于车辆队列四元素架构理论,构建了包括车辆动力学模型、间距策略、网络拓扑和MPC纵向控制器的系统模型,并综合考虑2范数和无穷范数弦稳定性条件,提出了CACC车辆队列混合范数弦稳定性量化指标,最终形成协同式车辆队列建模与评价体系;设计了一种利用前车加速度轨迹(PVAT)作为开环优化参考轨迹的MPC方法,即MPC-PVAT,通过综合考虑队列的跟驰、安全、通行效率和燃油消耗等性能指标,使目标函数趋于最小代价,从而得到当前时刻的最优控制量,并利用庞特里亚金最大值原理对所设计的优化问题进行快速求解;在MPC-PVAT基础上,提出一种基于长短期记忆(LSTM)网络的通信延时补偿方法,即MPC-LSTM,将跟驰车辆的传感器信息输入LSTM网络来预测其前车的运动状态,从而缓解短暂通信延时对车辆队列稳定性的影响。仿真测试结果表明：MPC-LSTM可容忍的通信延时上界大于1.5 s,比MPC-PVAT提升了0.8 s,比线性控制器提升了1.1 s;在基于实车数据测试中,当通信延时增加到1.2 s时,MPC-LSTM的弦稳定性指标相比MPC-PVAT提升了20.33%,与线性控制器相比稳定性提升了39.35%。可见,在通信延时较大的情况下,MPC-LSTM对通信延时具有很好的容忍性,从而有效地保证了CACC车辆队列的弦稳定性。     

永磁同步电机开路故障容错补偿控制

基于磁动势不变原则的故障容错补偿控制策略, 在研究正常情况下船用永磁同步电机磁动势数学模型的基础上, 建立了一相开路故障下磁动势数学模型。在电机发生一相开路故障时, 通过改变其余无故障两相电流的大小和夹角, 以保证故障前后电机的合成磁动势不变, 进而使得空间电压矢量脉宽调制控制策略在电机控制中仍适用。结合船舶电力推进系统模型, 在MATLAB/Simulink中建立船舶电力推进系统的整体仿真模型, 并对转矩、转速、电流等参数进行分析。仿真结果表明: 在无故障情况下, 螺旋桨模型输出转矩脉动和电机的转矩、电流、转速脉动分别约为0.85%、5.90%、6.25%、2.01%, 电机运行性能良好。在一相开路故障下, 若未采用容错补偿控制策略, 螺旋桨对故障响应较为强烈, 输出转矩脉动达到22.2%, 进而导致推进电机输出转矩、电流、转速均出现较大的波动, 分别约为82%、50%、33%, 且电机定子磁链轨迹为不稳定的椭圆; 采用基于磁动势不变原则的矢量容错补偿控制策略后, 螺旋桨输出转矩会恢复到稳定值, 脉动约为1.02%, 推进电机也会重新稳定运行, 转矩、电流及转速脉动均明显下降, 分别约为6.20%、6.78%、2.22%, 与无故障时的脉动范围基本相同, 电机定子磁链轨迹恢复为同故障前一致的圆形。可见, 采用故障容错补偿控制策略, 可以保证推进电机在正常情况和一相绕组开路情况下均能正常工作, 且螺旋桨负载与推进电机性能匹配良好。     

A robust decision feedback equalizer for ATSC DTV receivers

Least mean square （LMS） decision feedback equalizer （DFE） is preferred as an effective solution to coping with inter-symbol interference （ISI） for ATSC digital television （DTV） receivers. In DTV transmission environment, echo delay often covers several hundreds symbols, which leads to very large-scale equalizer. One consequence of the large-scale equalizer is the very slow convergence, which combined with error propagation, inherent drawback of DFE, seriously deteriorates the performance of the receivers, especially in severe channels. More working modes and corresponding robust control mechanism were given to help the equalizer converge to the stable state smoothly. Simulation results show that the improved equalizer can perform better, especially in the severe channels.     

A novel approach to design robust fault detection filter for networked control systems

In this paper, an approach for designing robust fault detection filter (RFDF) of networked control systems (NCSs) with unknown inputs is studied. The design aims at implementing the optimal trade-off between robustness of unknown inputs (including the item produced by networked-induced delay) and sensitivity of fault. The key design issue is to introduce an optimal fault detection filter based on NCSs with the control law compensation as the reference residual model of NCSs and to formulate the RFDF design as a model-matching problem. By applying H _∞ optimization technique, linear matrix inequality (LMI) approach is given to solve the model-matching problem. The validity of the proposed approach is shown by a numerical example.      

铁道车辆蛇行稳定性主动控制综述

为了抑制蛇行运动,提高列车临界速度,针对铁道车辆特殊的轮轨自激振动系统综述了蛇行稳定性主动控制的总体结构形式、控制目标、控制算法、测量系统、作动系统、试验验证等关键环节的研究进展;概括了稳定性控制的典型结构形式及其各自的特点;根据不同运用场景,归纳了稳定性主动控制的主要目标,梳理了稳定性控制的主要算法以及优缺点;分析了不同反馈量测量方法的可行性和可靠性,研究了作动器动态特性对控制效果的影响;给出了稳定性控制的试验研究方法,展望了未来蛇行稳定性主动控制在算法设计、失效安全等方面的研究重点。研究结果表明：在蛇行稳定性主动控制研究中,控制方式和算法的选取要同时考虑控制目标的不同;除了高轮轨匹配等效锥度下的二次蛇行稳定性控制之外,控制目标应同时考虑低轮轨匹配等效锥度下的一次蛇行稳定性控制;控制方式应尽量简单、可靠、易于实施,且对测量系统的要求要小;测量系统也应尽量简单可测,以减小随机扰动和噪声对测量结果可靠性的影响;作动器响应时间及其时滞补偿方法共同决定了蛇行稳定性主动控制的实用效能;控制系统失效不能影响列车的运行安全,这是决定主动控制能否推广应用的关键。     

具有输入时滞的二轮自平衡车自适应滑模控制

对具有输入时滞的二轮自平衡车系统, 设计了一种自适应滑模控制算法; 采用拉格朗日函数建立二轮自平衡车系统的动力学数学模型, 并在系统模型中考虑实际中存在输入时滞, 以及在处理输入时滞时所引入的未知扰动; 对变换后的输入矩阵做奇异值分解, 进一步设计了对扰动参数具有自适应估计能力的自适应滑模控制器; 基于Lyapunov稳定性理论, 保证了闭环系统鲁棒渐近稳定; 试验采用陀螺仪MPU-6050以及加速度传感器构成小车姿态检测装置。分析结果表明: 当控制参数较小时, 系统的超调量较小, 然而系统的调节时间较长; 当控制参数较大时, 系统产生了较明显的超调量, 然而系统的调节时间缩短了; 当外加扰动较小时, 车体速度变化小于0.08 m·s^-1, 倾角角速度变化小于0.6°·s^-1; 当外加扰动较大时, 车体速度变化小于0.10 m·s^-1, 倾角角速度变化小于0.8°·s^-1; 初始倾角为5°时, 车体速度保持在0.005 m·s^-1范围内, 倾角角速度保持在0.022°·s^-1范围内; 初始倾角为10°时, 车体速度保持在0.007 m·s^-1范围内, 倾角角速度保持在0.031°·s^-1范围内。可见, 自适应滑模控制算法能在引入适量干扰和不同初始车体倾角的情况下, 使小车自主调整并迅速恢复稳定状态。     

基于RCP的HEV动力总成控制系统

基于dSPACE数字信号处理与应用系统,通过运用快速控制原型技术（RCP）对串联式混合动力系统的多能源动力总成控制单元选择3种不同的控制策略和控制算法进行了实时仿真和系统台架试验.应用快速原型控制技术的仿真分析与台架试验表明,在串联式混合动力系统控制中,采用兼顾电池充电安全与系统能量需求的控制策略比功率跟随型和能量补偿型更适合实际系统工作的需要.     

降雨天气单点交叉口交通信号控制优化方法

为优化降雨天气下单点交叉口交通控制的效率, 引入了降雨修正系数, 建立了单点交叉口交通信号配时方法; 应用行动分析软件分析降雨天气交叉口处的高精度视频, 以标定饱和流率、损失时间和到达车速等参数的变化特征, 提出了饱和流率、损失时间与到达车速的降雨修正系数; 建立了基于模拟退火算法的优化模型, 计算了各降雨等级下的修正系数; 构建了基于VISSIM仿真测试环境, 评估了提出的模型优化降雨天气下单点交叉口交通信号控制的效果, 分别比较了采用优化后参数的定时配时与感应配时对采用原参数的定时配时方案的交通运行效率。分析结果表明: 小雨、中雨与大到暴雨天气下的平均车头时距分别比正常天气增加了0.314%、1.256%、2.871%, 平均损失时间分别增加了1.042%、2.829%、3.424%;在流量低于600pcu· (h·lane) -1时, 改进的感应控制方案效果较好, 比采用原预设参数方案的车均延误降低了12%~23%;当流量高于600pcu· (h·lane) -1时, 采用改进的定时控制方案效果较好, 车均延误比原方案降低13%~25%, 并可在临近饱和与过饱和状态时推迟锁死状态的产生, 车均延误最低。     

Robust intelligent control design for marine diesel engine

This work deals with the nonlinear control of a marine diesel engine by use of a robust intelligent control strategy based on cerebellar model articulation controller （CMAC）. A mathematical model of diesel engine propulsion system is presented. In order to increase the accuracy of dynamical speed, the mathematical model of engagement process based on the law of energy conservation is proposed. Then, a robust cerebellar model articulation controller is proposed for uncertain nonlinear systems. The concept of active disturbance rejection control （ADRC） is adopted so that the proposed controller has more robustness against uncertainties. Finally, the proposed controller is applied to engine speed control system. Both the model of the diesel engine propulsion system and of the control law are validated by a virtual detailed simulation environment. The prediction capability of the model and the control efficiency are clearly shown.     

汽车主动安全关键参数联合估计方法

针对汽车主动安全系统的需求, 提出了一种包括纵向、侧向车速与附着系数的汽车主动安全参数的联合估计方法。基于3自由度车辆动力学模型和刷子轮胎模型, 建立不同道路附着系数条件下的扩展卡尔曼滤波模型, 利用交互多模型算法实现纵向、侧向车速的自适应估计, 并根据计算出的各模型概率实现道路附着系数的实时估计。计算结果表明: 该方法能在不同道路附着系数条件下进行车速的准确估计, 纵向车速估计误差小于1%, 侧向车速估计误差小于5%, 与扩展卡尔曼方法相比误差减小了50%以上, 且能够实时给出道路附着系数估计值, 估计误差小于0.1, 对路面突变的响应时间低于2s。     

数控加工系统的随动控制研究

基于西门子840D数控系统,提出一种随动加工控制的原理和方法,控制系统通过测距传感器反馈值直接控制刀具随动进给,实现对大型自由曲面表面非金属涂层的等厚加工.为使工件表面非金属涂层加工平整、等厚,加工过程中需保持刀具到工件表面等距.设计中在刀具轨迹前放置测距传感器,实时检测工件表面位置,控制刀具随动进给,实现工件表面非金属涂层的等厚加工.实验结果验证了该控制方法的有效性.