检索结果-内蒙古大学图书馆

中国惯性技术学报 2024年第11期32卷 1142-1150页

作者：应泽华王立辉顾炜琪许宁徽东南大学仪器科学与工程学院微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096

针对轮式机器人在地头转向路径跟踪误差累积的问题,提出一种基于自适应速度跟踪的改进模型预测控制算法。首先,设计基于模糊理论的自适应速度预测算法,研究不同横向偏差和预览道路曲率下的路径跟踪精度,得到纵向速度与横向偏差和道路曲... 详细信息

针对轮式机器人在地头转向路径跟踪误差累积的问题,提出一种基于自适应速度跟踪的改进模型预测控制算法。首先,设计基于模糊理论的自适应速度预测算法,研究不同横向偏差和预览道路曲率下的路径跟踪精度,得到纵向速度与横向偏差和道路曲率的模糊规则表。其次,对模型预测控制算法中的状态方程进行横纵向分离,设计滑模控制算法进行纵向速度跟踪控制。最后,在实际车辆平台上,针对U型和平滑型两种地头转向路径对所提算法进行实验验证。实验结果表明,相较于传统模型预测控制算法,所提算法路径跟踪精度提升28.9%。

关键词：轮式机器人速度预测模糊控制理论路径跟踪模型预测控制算法

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基于模型预测的主动转向智能无人车辆横向稳态控制

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北京理工大学学报 2023年第8期43卷 812-819页

作者：李杰孔祥悦王晓燕胡铮兰海王志勇北京建筑大学机电与车辆工程学院北京102616 北京物资学院信息学院北京101149 中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室北京100072

在复杂路况以及智能无人车辆转向过程中,车辆处于一种时变非稳定性状态,影响车辆操纵安全性和行驶稳定性.针对此问题,提出了一种应用于前轮主动转向无人车辆的优化模型预测控制策略,该控制器采用分层结构对车辆前轮转角进行优化控制,以... 详细信息

在复杂路况以及智能无人车辆转向过程中,车辆处于一种时变非稳定性状态,影响车辆操纵安全性和行驶稳定性.针对此问题,提出了一种应用于前轮主动转向无人车辆的优化模型预测控制策略,该控制器采用分层结构对车辆前轮转角进行优化控制,以改善车身在非稳态下的特征.考虑到无人车辆实际行驶时存在的内部和外部扰动因素,建立了非线性扰动量平台模型和非线性轮胎模型,并通过模块化方法,构建了无人车辆非线性动力学模型,利用非线性扰动观测器对干扰进行抑制,提高了车辆模型精确性与控制器控制效果.经仿真实验对比和硬件在环实验测试,结果表明:与无横向稳态控制车辆相比,稳定性提高了55%,验证了该策略能显著改善车辆的横向稳定性及有效性.

关键词：智能无人车辆横向稳态控制模型预测控制算法非线性扰动观测器联合仿真

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人机交互遥操作机器人软体手位置跟踪设计与实现

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工程设计学报 2023年第2期30卷 164-171页

作者：杨淦华曾庆军韩春伟黄鑫戴晓强江苏科技大学自动化学院江苏镇江212100

针对遥操作机器人在深海等未知环境中抓取软体物体或易碎物体的工作需求,提出了一种人机交互遥操作机器人的主从软体手位置跟踪方法。首先,介绍了主从软体手控制系统的构成与工作原理,该系统主要包括主端控制回路、通信链路和从端控制回... 详细信息

针对遥操作机器人在深海等未知环境中抓取软体物体或易碎物体的工作需求,提出了一种人机交互遥操作机器人的主从软体手位置跟踪方法。首先,介绍了主从软体手控制系统的构成与工作原理,该系统主要包括主端控制回路、通信链路和从端控制回路,用于控制软体手的抓取动作。然后,阐述了软体手指的建模过程与控制器设计,采用假设模态法进行建模,并在软体手指的位置跟踪控制中引入模型预测控制算法,以解决软体从手跟踪软体主手性能差的问题。最后,设计并研制了软体主手、软体从手及其控制系统,其中软体从手以硅胶为原料并嵌入固体材料来增大刚度,同时开展了软体从手跟踪软体主手抓握目标物体的实验。仿真结果表明,所设计的模型预测控制器能有效解决软体手指因模型失配而引起的控制精度下降问题;实验结果表明,所研制的软体从手能有效跟踪软体主手并实现目标物体的抓握,整个控制系统运行良好。研究结果为人机交互遥操作机器人软体手的跟踪控制应用提供了参考。

关键词：遥操作机器人软体手位置跟踪模型预测控制算法

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自动驾驶履带车辆的变曲率路径的跟踪控制策略研究

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机械科学与技术 2024年第9期43卷 1493-1504页

作者：毛婷婷薛金林南京农业大学工学院南京210031

为解决履带车辆在变曲率路径下的跟踪精度低及传统单一的横向控制算法无法有效协调不同工况下的控制性能要求等问题,提出了一种基于LQR-MPC的最优速度规划混合横向控制方法。首先提出了一种最优速度规划策略(Optimal speed planning),... 详细信息

为解决履带车辆在变曲率路径下的跟踪精度低及传统单一的横向控制算法无法有效协调不同工况下的控制性能要求等问题,提出了一种基于LQR-MPC的最优速度规划混合横向控制方法。首先提出了一种最优速度规划策略(Optimal speed planning),并仿真验证有速度规划的横向控制算法控制精度提升了20%以上。通过对比模型预测控制(MPC)、最优线性二次型(LQR)的特性差异,进一步提出基于LQR-MPC的混合横向控制算法。结果表明:混合算法相比在单一算法,控制精度提升了44%以上,并减少了计算成本,实时性提升了38%以上,达到实时性与控制精度之间的平衡,最后通过增加模拟履带滑移干扰,发现混合控制算法具有一定鲁棒性。

关键词：路径跟踪横向控制速度规划最优二次型算法模型预测控制算法

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关于空基时间基准建立中频率驾驭算法的研究

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北京师范大学学报（自然科学版） 2023年第3期59卷 370-376页

作者：陈广耀邢楠北京师范大学天文系北京100875 上海市空间导航与定位技术重点实验室上海200030

基于低轨导航增强星座建立空基时间基准时,需要指定不同于地面时间基准所建立的频率驾驭策略;围绕频率驾驭策略的选取,分别介绍了阻尼系数、反馈钟差或调频信息和模型预测控制(MPC)3种频率驾驭算法,利用仿真试验分析了它们的优缺点.结... 详细信息

基于低轨导航增强星座建立空基时间基准时,需要指定不同于地面时间基准所建立的频率驾驭策略;围绕频率驾驭策略的选取,分别介绍了阻尼系数、反馈钟差或调频信息和模型预测控制(MPC)3种频率驾驭算法,利用仿真试验分析了它们的优缺点.结果表明:阻尼系数法调节频次低,适用于地面注参数的调节模式;反馈钟差或调频信息法调节频次高,适用于星载设备自主调节;模型预测控制法因其可调参数多,可以得到相对更高的频率稳定度,但操作方法相对复杂.几种算法均可通过适当调节流程以满足当前低轨卫星频率驾驭的精度要求.

关键词：卫星导航系统频率驾驭算法低轨增强模型预测控制算法

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路径跟踪控制算法仿真分析与试验验证

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汽车技术 2022年第7期 15-24页

作者：赵颖俞庭张琪杨洪涛宋胜西南大学重庆400715

为探究车辆路径跟踪算法性能差异及适用性规律,分别构建基于预瞄的纯跟踪(PP)算法、前轮反馈控制算法和模型预测控制(MPC)算法的车辆模型,在圆环、蛇行和低、中、高速等工况下进行Simulink和CarSim联合仿真并分析横向控制效果。结果表明... 详细信息

为探究车辆路径跟踪算法性能差异及适用性规律,分别构建基于预瞄的纯跟踪(PP)算法、前轮反馈控制算法和模型预测控制(MPC)算法的车辆模型,在圆环、蛇行和低、中、高速等工况下进行Simulink和CarSim联合仿真并分析横向控制效果。结果表明:PP算法预瞄距离越短,横向控制精度越高,但稳定性越弱,低速鲁棒性较好;前轮反馈控制算法在高速下具有更小的横向控制误差,且增益系数k影响控制精度;相较于前两者,MPC算法在不同速度下均具有良好的横向跟踪性能。最后,开展实车试验对比验证3种算法的跟踪性能,结果表明,在同一工况下,MPC算法具有更优的跟踪性能。

关键词：路径跟踪预瞄理论纯跟踪算法前轮反馈控制算法模型预测控制算法

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水翼船的横摇控制

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船舶工程 2024年第1期46卷 92-97,150页

作者：孙义洲许劲松叶睿上海交通大学船舶与海洋工程系上海200240 海思特海事技术(上海)有限公司上海200241

将一条模型尺度的全浸没式水翼艇作为案例船开展横摇控制研究。采用模型预测控制算法有效处理水翼失速角等约束条件,同时限制水翼的大幅剧烈运动,兼顾横摇姿态控制和执行机构保护的双重目标。在预测模型中增添预测偏差量作为前馈项,用... 详细信息

将一条模型尺度的全浸没式水翼艇作为案例船开展横摇控制研究。采用模型预测控制算法有效处理水翼失速角等约束条件,同时限制水翼的大幅剧烈运动,兼顾横摇姿态控制和执行机构保护的双重目标。在预测模型中增添预测偏差量作为前馈项,用以消除稳态误差,对常规模型预测控制算法做出一个重要改进。将案例船配备推进系统和可控水翼进行横摇控制航行试验,结果清晰展示了改进型模型预测控制器的横摇控制效果,这对水翼船的姿态控制研究具有重要借鉴意义。

关键词：全浸没式水翼船横摇控制模型预测控制算法航行试验

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无波前传感激光大气传输畸变补偿技术研究

无波前传感激光大气传输畸变补偿技术研究

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作者：李云霄哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

光束在大气中传输受大气湍流的影响,往往会导致光波的畸变,产生光束漂移、光强闪烁等现象,严重制约了激光在各项工程方面的应用。本文对Kolomgorov湍流模型原理进行分析,采用功率谱反演法结合次谐波低频补偿技术生成符合统计规律的大气... 详细信息

光束在大气中传输受大气湍流的影响,往往会导致光波的畸变,产生光束漂移、光强闪烁等现象,严重制约了激光在各项工程方面的应用。本文对Kolomgorov湍流模型原理进行分析,采用功率谱反演法结合次谐波低频补偿技术生成符合统计规律的大气湍流模型,利用湍流造成的光束漂移效应及光场相位结构函数验证了生成的仿真相位屏的合理性及有效性。之后对校正光波畸变的自适应光学技术进行了研究,由于传统的自适应光学技术受到应用环境等的限制,文章主要对无波前传感的自适应光学技术进行深入调研。按照无波前传感自适应光学技术采用优化算法的原理,可分为无模型的优化算法与基于模型的优化算法。对于无模型的优化算法,简单介绍了常见的无模型优化算法的原理及特点,主要针对随机并行梯度下降算法进行研究,讨论了单、双边扰动、增益系数与扰动幅度的大小对于SPGD算法的收敛速度与收敛精度的影响,仿真结果表明双边扰动可以提升SPGD算法的收敛速度,不同情况SPGD算法存在最优的增益系数与扰动幅度大小。此外,研究了不同湍流强度下SPGD算法对光波畸变的校正效果,仿真结果表明对不同强度的湍流造成的光波畸变,SPGD算法均能产生一定的校正效果,但校正效果对湍流强度的增加逐步减弱,且相应的收敛速度也逐渐的减慢。对于基于模型的优化算法,本文主要研究了MPC算法在自适应光学技术的应用,该算法基于历史信息与未来输入对系统的未来输出进行预测,能够满足对于时变波前畸变的校正,重点研究了基于MPC算法的无波前传感自适应光学系统的原理与实现流程,并依据原理完成了对系统的仿真,仿真结果表明对于中等湍流及弱湍流情况下,MPC优化算法均有良好的校正效果,最后探讨了MPC算法的鲁棒性,仿真表明信噪比降低基本不影响MPC算法对波前畸变的校正效果。

关键词：大气湍流无波前自适应光学随机并行梯度下降算法模型预测控制算法

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飞轮储能阵列系统并网的能量优化配置研究

飞轮储能阵列系统并网的能量优化配置研究

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作者：雷明壮内蒙古工业大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,作为新能源发电技术之一的风力发电得到了日益广泛的应用。然而风能具有随机性和波动性,这会导致风电场输出功率波动剧烈,所以风电场中往往会配置相应的储能设备。因此,飞轮储能装置作为一种新型的物理储能设备,得到了... 详细信息

随着社会的发展,作为新能源发电技术之一的风力发电得到了日益广泛的应用。然而风能具有随机性和波动性,这会导致风电场输出功率波动剧烈,所以风电场中往往会配置相应的储能设备。因此,飞轮储能装置作为一种新型的物理储能设备,得到了广泛的关注。但是,由于单一功能的飞轮储能装置难以匹配宽功率范围和多时间尺度的储能需求,即使通过构成阵列满足需求,也存在着配置不合理、成本偏高的问题,因此制约了飞轮储能技术的推广应用。基于上述背景,针对不同时间尺度的飞轮储能装置的特点,结合智能优化算法,以混合飞轮储能阵列协调配置为主要内容,提出了“短时功率型”和“长时能量型”的多时间尺度配置策略。首先,为了解决储能系统在多时间尺度下配置不合理的问题,采用小波包分解的方法来提取风电场输出功率数据的低频和高频分量,以实现储能装置在多时间尺度下有序分配的功能。具体的配置策略是,在长时间尺度中采用能量型飞轮储能装置平滑风电场输出功率数据的低频分量。同时将功率型飞轮储能装置配置到短时间尺度中,平滑风电场输出功率数据的高频分量。其次,为实现平滑风电场输出功率波动和降低储能配置成本的目标,对长时间尺度的风电场输出功率进行预测,并提取预测结果的低频分量,利用交叉粒子群算法的优势,提出了一种能量型飞轮储能装置的配置策略。为了使系统经济效益最大化,建立目标函数,并采用交叉粒子群算法来搜索能量型飞轮储能装置充放电的最优方案。该方案通过与传统飞轮储能方案以及锂电池储能方案对比,验证了交叉粒子群算法优化后的飞轮储能系统在长时间尺度配置中具有更好经济效益的结果。然后,为了降低风电场输出功率剧烈波动的影响,在短时间尺度中采用数学插值的方法提高了输出功率数据高频分量的精度,在此基础上将模型预测控制算法应用到功率型飞轮储能的配置中,提出了一种功率型飞轮储能装置的配置策略。建立了功率型飞轮储能装置在二维平面的数学模型,并运用模型预测控制算法对功率型飞轮储能装置进行配置,实现了对风电场输出功率的平滑。最后,针对多时间尺度混合飞轮储能阵列系统协调配置的问题,改进了混合飞轮储能阵列系统协调控制的方法。基于多时间尺度制定了两阶段分层的配置策略,并设计了其在风电场中的连接方式。搭建了飞轮储能阵列系统的控制模型,利用仿真实验验证了其控制效果。

关键词：风电场混合飞轮储能阵列多时间尺度模型预测控制算法

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磁吸附轮式水下焊接机器人系统研制

磁吸附轮式水下焊接机器人系统研制

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作者：罗犇德华南理工大学

学位级别：硕士

船舶、海洋平台、海上风电等海工装备和设施在制造、维护、修复方面对高效稳定的水下焊接需求极大。然而,以资深焊工潜水作业为主的传统方式无法满足当前的焊接需求。同时,当前浮游类型的水下焊接机器人在针对上述准立面场景开展焊接作... 详细信息

船舶、海洋平台、海上风电等海工装备和设施在制造、维护、修复方面对高效稳定的水下焊接需求极大。然而,以资深焊工潜水作业为主的传统方式无法满足当前的焊接需求。同时,当前浮游类型的水下焊接机器人在针对上述准立面场景开展焊接作业时,容易因乱流干扰而无法保持相对静止,进而导致焊缝成形困难;爬壁类型的水下焊接机器人在针对同样场景开展作业任务时,容易因吸附力不够和控制精度不足而导致机器人运动受限。此外,水下复杂工况对机器人的稳定运动和可靠作业都产生了极大的不确定影响。因此,为应对水下装备和设施在维护和修复等环节对水下焊接技术的重大需求,本文研制了一套水下焊接机器人系统,包括移动机构、吸附机构、执行机构、送丝机构、控制系统硬件、控制系统算法六个部分,以实现机器人在复杂水下准立面工况开展焊接作业任务。主要研究工作和结果如下: (1)根据应用需求设计了机器人的磁吸附轮式移动机构、丝杠执行机构、开放式送丝机构,并对关键参数进行计算和校核。基于机器人整体机械结构建立磁吸附静力学模型,求解出磁轮所需磁力。同时,对关键零件进行有限元仿真分析,验证零件的力学性能。所有驱动部件均采用工业水密产品,并通过水冷形式进行散热。(2)根据机器人机构的功能需求,设计了机器人主控制器和三相电机控制器。控制器以STM32F405RGT6为主控芯片,并具有通讯电路、采样电路、供电电路等。同时,以硅基功率器件和集成功率驱动设计了电机控制器的功率电路。基于Cubemx软件完成主控芯片的功能配置,并基于Keil软件和C语言完成算法编写。(3)针对机器人各个机构推导出对应的运动学模型,进而完成基础运动控制算法设计。结合机器人精密移动需求,推导出移动机构动力学模型,并提出差速模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)。结合焊枪精密移动需求,采用磁场定向控制技术控制丝杠电机运动。在Matlab和Simulink软件中,模拟实际准立面工况对MPC算法和电机控制算法进行可行性验证。(4)搭建小型水下立面场地对机器人进行功能测试。在有浮力和无浮力情况下,对机器人的吸附性能进行测试,其结果表明吸附机构的可靠性极强。对两个控制器和机器人各个机构的基础功能进行测试,验证了所有基础功能均满足设计要求。同时,结合差速MPC算法测试机器人的运动控制效果。试验结果表明,机器人在受干扰的情况下仍能准确跟踪目标速度和目标轨迹,且最大偏差小于5%。最后,基于机器人的两种立面工况开展水下局部干法焊接实验。实验结果表明,焊缝成形良好,焊缝直线度较高。

关键词：水下焊接机器人机械结构设计磁吸附静力学模型三相电机控制器模型预测控制算法

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