关键词： 智能汽车   不确定环境   运动规划   轨迹跟踪控制   鲁棒控制  

摘要： 汽车智能化是国家构建现代化智能交通体系的关键内容与必由之路。近年来,智能汽车相关技术得到了快速发展,辅助驾驶在量产车型上已得到广泛应用,高等级自动驾驶也在特定场景下实现了示范性运营。但现有的方法,大多针对确定性车辆运行环境,很少考虑不确定复杂环境的影响,导致运动规划策略与控制方法的适应性不佳。为此,本文针对上述问题,以提升智能汽车的行驶安全和控制稳定为目标,对不确定复杂工况下的运动规划与鲁棒控制方法开展了系统研究。具体研究内容为:(1)针对前车驾驶行为变化引起的跟车性能下降问题,提出考虑前车运动不确定性的跟车速度规划方法。基于高斯过程设计运动状态预测器,结合历史交通数据对前车纵向运动进行短期预测,为车辆的纵向决策提供可靠的数据支撑。考虑加速度预测误差引起的模型失配问题,引入概率约束和附加反馈补偿,基于混合控制逻辑设计基于随机模型预测控制的纵向速度规划模型,以提升速度规划器对随机扰动的鲁棒性。(2)针对场景变化的适应性规划需求,提出基于碰撞任务分割的主动避撞运动规划方法。引入坐标转换对驾驶场景进行重构,提出基于Frenet-Serret坐标的通用化场能风险评估方法。结合跟车速度规划与运动预测,设计基于碰撞任务分割的运动规划逻辑,上层采用梯度下降法生成行车路径,下层建立考虑稳定、安全、效率的速度规划模型,对换道、跟车等驾驶行为进行速度分配。通过避撞任务的分割,以克服梯度下降法陷入局部最优和求解奇异的问题,保证生成路径的平滑、合理。(3)针对模型简化带来的模型误差问题,提出自适应鲁棒轨迹跟踪控制方法。以模型误差分析为迁移,通过模糊归纳和等效的方式建立考虑模型误差的不确定性跟踪动力学模型。引入H∞性能指标和多模型自适应理论,分别处理有界的几何位姿扰动与动力学参数摄动,推导多模型自适应minmax优化问题的成立条件,提出基于自适应鲁棒模型预测控制的路径跟踪控制方法,以实现轨迹跟踪在鲁棒性与控制性能上的兼顾。(4)针对数据传输时滞与转向输出滞后问题,提出考虑数据传输时滞的鲁棒轨迹跟踪控制方法。结合转向输出传递特性,建立增广无滞后动力学模型,采用积分不等式法设计时滞稳定性判据,以保证闭环控制系统在时滞环境下的严格镇定。根据异源反馈增益的性能差异,设计基于稳定性判别的增益调度机制,并在轮胎力分配中引入基于工况判别的约束切换机制,通过反馈增益与广义约束的自调整,以提升鲁棒轨迹跟踪控制方法的工况适应性。(5)针对转向执行器非失效故障问题,提出鲁棒非脆弱轨迹跟踪控制方法。基于考虑转向执行器非失效故障耦合动力学模型,结合Lyapunov-Krasovskii泛函,采用不等式放大定理与H∞性能指标分别抑制乘性故障、加性故障带来的不利影响,推导鲁棒非脆弱时滞保性能控制增益的存在条件。为充分考虑轮胎力的纵横向耦合制约,引入驱制动限制、轮胎附着约束,建立以轮胎利用率最小的轮胎力协调分配机制,结合上层鲁棒控制策略,以保障车辆闭环系统在时滞、故障环境下的控制稳定。

关键词： 机械臂   柔性关节   关节间隙   不确定性参数   自适应控制  

摘要： 随着科学技术的发展,工业自动化水平越来越高,机械臂已被广泛应用到许多领域,并发挥着十分重要的作用,如工业机器人、航空航天的空间机器臂、医疗机器人等。现今机械臂的高精度、高可靠性研究已经成为人们关注的焦点。而由于关节间隙(加工制造误差、磨损等)、关节柔性(减速装置、力矩传感器的非线性刚度问题)等会降低机械臂的运动精度和稳定性,造成机械臂末端振荡甚至失效。同时,考虑加工制造误差、磨损、材料变形等因素会使得机械臂系统中的几何、材料等建模参数存在不确定性,进而影响系统的运动精度和可靠性。在现今机械臂动力学建模中,常常忽略这些因素,为此,本文考虑关节间隙、柔性和系统不确定性的影响,建立更加精确的机械臂系统动力学模型,研究系统响应的可靠性,并对不确定性影响下含间隙的柔性关节机械臂进行自适应控制分析。论文的主要工作如下:(1)以拉格朗日法建立刚性关节机械臂动力学模型,基于谐波减速器的刚度测试实验,辨识出关节的非线性刚度,以Spong模型建立柔性关节动力学模型,以绝对节点坐标法建立间隙数学模型和接触碰撞力模型,将其耦合进柔性关节动力学模型中,建立含间隙的柔性关节机械臂动力学模型,研究关节非线性刚度和关节间隙对系统的影响。(2)以混沌多项式理论为基础,研究不确定性参数下,机械臂动力学的响应输出。以PCE算法求解不确定性系统模型,假设机械臂臂长、柔性关节刚度为随机参数,关节间隙为区间参数,分析随机参数、区间参数、随机区间混合参数下机械臂动力学系统的响应输出。(3)基于机械系统可靠性的建模理论,研究不确定性参数对机械臂末端运动精度和系统稳定性的影响,建立随机参数、区间参数、随机区间混合参数下系统的状态方程,以求解系统可靠性指标,进而求解系统可靠度,并以Monte Carlo方法进行验证。仿真分析了随机区间混合参数下机械臂末端位移、速度和角加速度响应的可靠度变化趋势。(4)针对机械臂系统中的关节柔性、关节间隙及不确定性等问题,研究了一种自适应控制方法。该方法以RBF神经网络逼近模型中的非线性项,以动态面的控制方法进行控制器设计,构造Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性,同时与传统的PID算法进行仿真对比,验证所设计控制算法的有效性。

关键词： 智能控制  

ISBN: (纸本)9787568088466

摘要： 本书全面介绍智能汽车的定义、体系构成、发展趋势 ; 其次介绍智能汽车关键技术, 包括无线通信技术、环境感知技术、网络技术、通信技术、导航定位技术、先进驾驶辅助技术、安全技术、运动控制技术、路径规划技术等。

关键词： 航空静止变流器   Z源逆变器   高阶微分器   特征模型   自适应控制   控制器设计  

摘要： 航空静止变流器作为飞机的二次电源,具有重量体积小、效率高以及功率密度高等优点,其主要作用是将飞机发电机或蓄电池的直流电能转换为115V/400Hz交流电供机载设备使用。针对传统航空静止变流器两级结构造成的系统复杂性增大以及存在死区的问题,提出基于Z源拓扑的逆变器。Z源逆变器不存在桥臂直通问题,提升了系统可靠性。在此基础上,基于高阶微分器和特征模型对其控制策略展开研究,提出了两种控制器,并进行了仿真对比实验和分析。主要工作内容如下:首先,介绍了课题研究背景,阐述了航空静止变流器的常用控制方法,设计了Z源逆变器的系统参数,在此基础上推导了Z源逆变器的数学模型。其次,针对Z源逆变器数学模型所体现出来的高阶特性,提出采用高阶微分器来提取系统的各阶微分信息,并以此为基础,设计了Z源逆变器的高阶微分反馈控制系统,通过数学分析的方式验证了系统的稳定性。然后,介绍了特征模型的基本思想,给出了一类线性定常系统的特征建模方法,并推导了Z源逆变器的特征模型。理论分析和仿真验证实验表明,当采样时间足够小时,特征模型的输出和系统的真实输出等价,验证了特征模型的有效性。设计了基于特征模型的自适应控制策略,对其稳定性进行了验证。最后,搭建了Z源逆变器控制系统仿真模型,对其控制策略进行仿真验证,通过仿真结果可知,Z源逆变器在采用本文所提的控制策略时具有更好的稳态和动态性能。

关键词： 智能控制系统   铁路数据网   电流互感器   电子脱扣器  

摘要： 铁路视频监控智能控制系统用于实现对铁路视频摄像机进行远程开关闸,以及初步设备故障排查的功能.系统通过一整套智能控制系统达到了对铁路视频摄像机故障告警、远程解决、实时监测等目的.现场试验结果表明,设计的智能控制系统可替代传统的铁路视频前端控制箱对摄像机进行稳定、安全可靠的智能控制、管理,能够有效减少铁路维护人员的工作量.

关键词： 采煤机   煤岩界面识别   轨迹优化   智能控制  

摘要： 煤岩界面识别及采煤机自动调高作为采煤机智能化的关键技术，是实现采煤工作面的智能化、无人化的重点和难点。实际工作中，多采用人工观测或结合多种方法进行煤岩界面的识别，采煤机通过记忆截割方式和PID控制等控制方法进行调高控制，无法适应煤层的复杂变化，且控制算法精度有限。针对采煤机的智能化调高作业问题，本文利用低频超宽带电磁波雷达，采用基于斜投影算子的类最大似然信号定位方法进行煤岩界面识别，得到煤岩界面轨迹；考虑具体工况要求，以最大回采率为优化目标，基于有约束优化算法，进行截割轨迹优化；基于采煤机运动学和状态空间模型，采用基于新型神经网络观测器的间接自适应规定性能控制方法，实现采煤机自动调高控制。最后，通过试验验证所提方法的有效性和优越性，为采煤机智能化提供技术支撑，试验结果表明，摇臂转角轨迹跟踪误差百分比约不超过8.2%，截割轨迹最大高度误差约不超过0.01 m。

关键词： 建筑装修   暖通空调   节能  

摘要： 根据相关数据显示,中国能源消耗总量中,暖通空调的消耗占比高达20％,尤其是盛夏时节,空调消耗电能占比能够提高一倍以上,对此,空调智能控制与节能优化措施具有十分重要的意义.建筑装修工程开展过程中,需要对暖通空调系统进行节能优化设计,采用新式方法,提高暖通空调对电能的利用效率,从而实现减少对供电需求.本文对建筑装修工程暖通空调的智能控制与节能进行简单分析.

关键词： 中立时滞   非线性   滑模控制   自适应控制   观测器  

摘要： 针对含有外部扰动、时变时滞以及非线性输入约束的不确定中立时滞系统,提出了基于状态观测器的时滞系统自适应滑模控制方法。首先,通过构造状态观测器以及利用滑模控制理论,设计基于估计状态的积分型滑模面。其次,构造Lyapunov函数,给出误差系统与估计状态系统渐进稳定判据。最后考虑到系统输入非线性和不确定性上界在实际中难以确定的问题,在控制器设计中引入自适应控制理论。仿真研究结果表明所提出的基于观测器的自适应滑模控制方法在处理时滞以及非线性影响上效果良好,系统可以快速收敛并且无抖振,具有强鲁棒性。