线控转向系统转角反步控制算法研究

为实现商用车线控转向,设计一套新的线控转向系统架构及其转角跟踪控制算法。新的线控转向系统采用丝杠螺母结构中的丝杠直接控制纵拉杆,螺母通过带轮机构被电机驱动。对线控转向系统结构进行运动学分析,推导转向系统可变传动比,采用前轮转角为状态变量,建立线控转向系统二阶动力学模型。基于转角跟踪目标,采用反步控制算法,设计线控转向系统转角跟踪控制器,通过反馈系统线性化处理系统参数不确定和环境干扰问题,实现准确的目标转角跟踪,并建立李雅普诺夫函数,证明了采用反步控制的线控转向系统是渐进稳定的。搭建采用“丝杠螺母+带轮机构”架构的线控转向实车底盘测试台架,选取蛇形和混合工况进行控制算法验证。研究结果表明：与滑模控制算法的测试结果对比可知,反步控制算法绝对平均跟踪误差值降低了71.88%~79.57%,跟踪误差标准偏差值降低了71.32%~78.50%;线控转向系统反步控制转角跟踪算法能够减少系统收敛到原点的时间,抑制系统的抖振,提高车辆线控转向系统转角跟踪的操纵灵活性。     

带漂角和输入饱和的水面船舶航向控制

[目的]为处理水面船舶航向控制过程中受到的非零漂角和输入饱和影响,提出一种基于反步法的航向控制方法。[方法]首先,利用相对速度求出实际漂角,再通过漂角对航向角误差进行修正;然后,采用一种预滤波方法减小航向改变时对航速变化的影响,同时引入双曲正切函数和Nussbaum函数逼近输入约束,结合自适应律对逼近误差和艏摇方向上的扰动进行估计;最后,借助指令滤波器简化反推过程,并通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果表明,所提控制器有效减小了水面船舶的航向输出误差,且能始终保持较小的控制输入力矩。[结论]研究成果可为水面船舶航向控制设计提供参考。     

考虑道路因素的智能车辆纵向运动决策与控制研究

针对智能车辆纵向运动时的交通道路适应性问题,考虑路面附着系数和前车运动速度等因素,研究了智能车辆纵向运动决策与控制方法。论文研究了基于车头时距的纵向运动决策方法并建立不同驾驶行为的目标车速模型,运用变论域模糊推理算法设计了目标加速度模型。基于纵向动力学模型,运用自适应反演滑模控制算法建立了驱动控制器和制动控制器。对高附着系数路面和低附着系数路面的行驶工况进行仿真试验验证,结果表明,在不同的附着系数路面和前车变速行驶条件下,智能车辆能实时、合理地决策目标车速、目标加速度,实现安全、高效、稳定的跟驰。     

无人水下航行器横滚控制系统反演变结构设计

针对无人水下航行器横滚通道的非匹配不确定性控制问题,提出一种非线性反演设计方法,将反演过程中的虚拟控制量的导数作为不确定性项,引入自适应机制对其上界进行估计,并采用变结构控制克服系统的不确定性,利用Lyapunov理论证明系统的稳定性.结果表明,在流体动力参数摄动情况下,本文方法具有良好的鲁棒性和自适应性,满足无人水下航行器快速横滚控制的要求.     

基于粒子群优化反步法的船舶航向控制器设计

考虑到反步法在随机干扰下具有较优的控制效果,利用反步法设计基于Nomoto模型的船舶航向控制器;设计一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)反步法的航向控制器,其能通过优化不确定增益参数来消除部分冗余控制。通过仿真试验比较不同航向控制器的性能。仿真结果表明:粒子群优化反步法航向控制器具有更高的控制精度和更强的鲁棒性。     

基于反步控制的半潜平台动力定位数值计算研究

装配动力定位系统的浮式结构物由于受到风、浪、流等交变载荷影响，其运动具有明显时滞和非线性特性，为克服传统控制策略抗干扰能力差对动力定位控制性能的影响，文章基于反步法，对动力定位系统进行了控制器设计研究，针对波浪及流外载荷形成的有界干扰问题，采用自适应策略进行估计补偿。并借助Lyapunov理论分析了闭环系统的稳定性。最后以某深水半潜平台为对象，对其不同工况下动力定位作业进行了数值计算研究，验证了所设计控制器具有良好的鲁棒性，可为后续动力定位模型试验及实船控制器设计提供理论支撑。     

基于动态执行机构的船舶循迹反步积分控制

文章针对连续曲率路径,用一种简单的几何方法生成连续曲率的路径.基于该几何方法生成的连续路径,文中利用line-of-sight(LOS)引导律解决了循迹控制中横向偏差最小的问题.为了减弱控制输出的振荡和获得平滑的控制输出,一种基于动态执行机构的改进反步积分控制器在过驱动船舶循迹控制中得到了应用.值得注意的是,文中用积分操作来抵抗风浪流环境力.数值分析结果展示了该控制器的有效性.     

欠驱动无人艇的全局时变反馈镇定控制

欠驱动水面船舶的镇定控制大多采用切换控制的方法,对该问题的研究普遍存在需要角速度持续激励的问题,时变控制可以有效解决该问题,但时变系统存在构造李雅普洛夫函数的困难,为此提出了一种时变状态变换,并基于反步法构造了该系统的李雅普洛夫函数,从而设计了一种全局时变反馈镇定控制器,取消了对初始条件角速度不能为零的约束。仿真结果验证了所提出方法的有效性。     

Hybrid state-feedback sliding-mode controller using fuzzy logic for four-wheel-steering vehicles

This paper presents a fuzzy controller for high-speed four-wheel-steering (4WS) vehicles based on the state-feedback and the sliding-mode control methods. In the proposed fuzzy controller, the consequent part of the fuzzy IF-THEN rules consists of either a sliding-mode controller or a state-feedback controller. Also, it will be proved that, if every fuzzy rule is stable in the sense of Lyapunov for a general Lyapunov function, defined for the whole system, then the whole system is stable in the sense of Lyapunov. The effectiveness of the proposed method for handling improvement of the 4WS systems will be demonstrated by simulations using a nonlinear vehicle model. The simulation results show that the proposed control method can enhance the dynamic response of the 4WS vehicles by reducing the transient response time and improving vehicle stability as compared to the sliding-mode and the fuzzy sliding-mode control methods.     

基于Backstepping的船舶航向跟踪控制

针对线性船舶运动模型航向改变过程中，往往引起快速大的舵动，产生严重的水动力非线性的问题，设计基于backstepping的非线性船舶航向跟踪控制器。它是将Lyapunov函数的选取与控制器的设计相结合的一种回归设计方法，通过从系统的最低阶次微分方程开始，引入虚拟控制的概念，一步一步设计满足要求的虚拟控制，最终设计出真正的控制律，保证了闭环系统是全局渐近稳定的。在计算机仿真研究中，以大连海事大学“育龙”号实习船为设计实例，验证所提出的控制器的有效性。