小型四旋翼无人机建模与控制仿真

小型四旋翼无人机是一种具有六个自由度和四个输入的欠驱动强耦合飞行器,四只旋翼对称均匀分布在十字架结构的四个端点上,仅通过改变四只旋翼的转速即可改变飞行姿态.基于微型四旋翼无人机特有的机械结构和飞行原理,为提高其飞行性能和控制的稳定性,利用牛顿—欧拉方程,建立小型四旋翼飞行器的非线性动力学方程,并针对该模型设计一解耦PID四通道控制系统,且在Matlab/Simulink仿真平台上,对该PID控制系统进行仿真.仿真结果表明:通过改变旋翼的转速可实现四旋翼飞行器姿态的控制,同时该非线性模型和PID控制系统为其后续的四旋翼无人机的控制研究奠定了一定的基础.     

基于极大化思想的无人机安全避障域识别算法

为提高四轴飞行器避障的准确性与实时性，提出一种结合LK (Lucas-Kanade)光流法和极大化思想的四轴飞行器避障算法.首先，对四轴飞行器采集的视频流进行预处理，得到图像帧；其次，通过LK光流法剔除图像帧中光流小于阈值的角点，采用基于角点距离的聚类算法对角点进行分组，并计算出每组角点的外包轮廓；然后，利用基于极大化思想的安全避障域算法计算最优通行区域，进一步根据避障域求得偏差数据；最后，将偏差数据输入比例微分（PD）控制器得到控制信息，并发送控制指令使四轴飞行器及时调整飞行姿态，完成避障飞行.通过特洛（Tello）四轴飞行器进行不同场景的实验表明，本文所提出的算法计算每帧图像最优安全避障域平均所需时间为0.17 s，既满足无人机避障实时性要求，又解决了识别障碍物区域与计算安全避障域问题.     

四旋翼自主飞行器跟踪系统设计

此飞行器跟踪系统是针对四旋翼飞行器具有图像采集处理、目标追踪、姿态控制以及定高飞行的要求进行设计的。该系统采用RX23T和STM32f407VG作为系统的主控芯片,MPU6050三轴陀螺仪作为飞行姿态反馈机构。定高飞行是通过超声波模块实时采集的对地高度数据,并由STM32f407VG进行处理,然后根据程序设定的高度值实时调节无刷电机的转速。摄像头进行图像信息采集,图像通过RX23T对目标的颜色进行识别反馈给STM32f407VG进行处理,最后调节电机转速以达到目标追踪。测试结果表明,该系统定性与准确性达到设计要求。     

基于Arduino平台的微小型四轴飞行器设计与飞行控制系统实现

文章以Arduino单片机为平台设计制作了一款微小型四轴飞行器,以ATMega328P单片机为主控芯片,通过MPU6050三轴数字陀螺仪进行飞行姿态测量,同时还研究了易于调试和移植的微小型四轴飞行器特性平稳姿态控制算法,具有一定的参考价值。     

基于蚁群算法优化的EPS系统PID控制

汽车电动助力转向系统是一个非线性时变的复杂系统,在对它进行控制时,单独采用常规PID控制难以达到平稳准确的效果,在此加入蚁群算法(ACO)对其进行优化而得到稳定的最优参数解.根据车辆动力学关系,建立了两自由度整车模型、电动助力转向系统模型以及带有蚁群算法优化的PID控制器模型.通过Matlab,对该模型进行仿真分析.仿真结果表明,蚁群算法和PID控制的结合,使系统控制更精确、运行更加平稳.     

加速器磁铁电源PSO-LQR控制器设计与研究

磁铁电源是加速器的重要组成部分.该设计以磁铁电源为控制对象,并提出了基于PSO的磁铁电源LQR控制器的设计.首先,利用现代控制理论建立了磁铁电源的状态空间模型,而后采用粒子群算法对磁铁电源LQR控制器加权矩阵进行了优化,以保证能够为加速器快速地提供所需的磁场.仿真结果表明,该课题所采用的方法能够满足系统输出快速响应的要求,各项指标优于传统方法所得到的结果.     

基于Matlab的飞行模拟器电动加载系统控制仿真研究

电动加载系统是飞行模拟器的重要组成部分,针对飞行模拟器电动加载系统的高度非线性和易受干扰性,在MATLAB环境下,提出一种基于PIDNN的控制方案.分析飞行模拟器的结构,结合外界干扰,整理出系统的数学模型,利用PIDNN控制器优良的自适应功能对该模型进行控制.仿真结果表明:PIDNN控制系统具有良好的动静态特性和鲁棒性,满足实时控制的要求,对飞行模拟器电动加载系统的控制具有一定的参考价值.     

不同车辆工况对协同自适应巡航控制车队行驶安全的影响

基于横向控制器和纵向控制器模型,包括校正的预瞄驾驶员模型、加速度控制模型、节气门控制模型和制动器控制模型,建立Matlab/Simulink 和CarSim 车辆联合仿真平台,并对其可行性进行分析与验证.利用平台分别仿真协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control, CACC)车队车辆紧急刹车,通信延时,起步加、减速工况和车队前方插入换道车辆4 种情况下CACC车辆的行驶状况.仿真发现：紧急刹车时车队能够实现较好的紧急避撞;在通信延时的情况下,车队仍能保证行车安全;车队起步、减速工况运行较平稳,但加速度并不平稳,不利于车队后方车辆的乘坐舒适性;车队对前方插入不同速度的车辆能够及时响应并最终恢复安全行车间距.     

不同车辆工况对协同自适应巡航控制 车队行驶安全的影响

基于横向控制器和纵向控制器模型,包括校正的预瞄驾驶员模型、加速度控制模型、节气门控制模型和制动器控制模型,建立Matlab/Simulink 和CarSim 车辆联合仿真平台,并对其可行性进行分析与验证.利用平台分别仿真协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control, CACC)车队车辆紧急刹车,通信延时,起步加、减速工况和车队前方插入换道车辆4 种情况下CACC车辆的行驶状况.仿真发现：紧急刹车时车队能够实现较好的紧急避撞;在通信延时的情况下,车队仍能保证行车安全;车队起步、减速工况运行较平稳,但加速度并不平稳,不利于车队后方车辆的乘坐舒适性;车队对前方插入不同速度的车辆能够及时响应并最终恢复安全行车间距.     

基于高压气体弹射释放技术的载荷分离运动仿真分析

以一种典型的采用高压气体弹射释放技术的载荷分离方案为研究对象,建立了载荷、飞行器分离运动数学模型,通过动力学仿真对载荷的分离运动过程进行了分析,获得了在不同飞行工况条件下的载荷分离运动规律,以及分离过程对飞行器运动的影响,为分离时序、以及分离条件的制定提供了依据.     

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民航飞机按照飞行程序自动飞行,能够极大地减轻飞行员工作负荷.本文对航路点自动飞行的实现方案进行了研究,对飞机气动模型、六自由度动力学与运动学模型进行了设计,并利用SIMULINK实现了模型解算的实时性.对导航系统进行设计,实现了内-外环的导航和控制方案,即外环实现航路点导航,内环实现飞机姿态控制,并对航迹偏差控制器进行了设计与实现.在此基础上,实现了航路点自动飞行,能够稳定、准确地跟踪飞行程序,实现了对飞行程序的仿真验证.     

考虑执行器故障的电动汽车空调鲁棒控制

为了保证空调系统在部分故障的条件下,依然满足系统性能要求正常工作,通过对电动汽车空调系统分析,依据空调执行过程的故障模型,建立考虑执行器故障的空调不确定系统,利用状态观测器对系统状态进行了观测.采用线性矩阵不等式LMI（linear matrix inequalities）,设计了能够对空调执行器故障进行补偿的H_∞状态反馈鲁棒控制器,并证明了该控制器的稳定性.仿真实验表明,在有故障和无故障模式下的观测误差最大分别为0.1%和0.6%,满足系统的观测需求;与未考虑执行器故障的电动汽车空调H_∞控制器相比,在10 Hz以下频段,考虑执行器故障的H_∞控制方式可有效地抑制系统输入端所带来的干扰.      

半主动悬架系统控制仿真

基于李雅普诺夫稳定性理论,设计了汽车半主动悬架的模型参考自适应控制器.自适应控制器包括可调前置控制器和状态反馈控制器.推导了自适应控制律与约束条件.结果表明:该控制器具有很好的鲁棒性和抗干扰性,对系统非线性和模型参数的不确定性具有广泛的适应性.仿真证实了控制器设计的有效性.     

基于计算智能的高压直流输电系统自适应控制

HVDC系统的常规控制普遍采用PI控制策略,该策略是基于固定增益的稳定运行状态进行控制器设计的.由于HVDC系统的响应随运行状态的变化而改变,使得PI控制器的性能很难实现最优.本文基于计算智能理论(Computational Intelligence,CI),将粗糙集理论与粒度计算技术相结合,提出了一种新型的高压直流输电自适应控制器,该控制器可根据HVDC系统运行参数的动态变化对增益大小进行调节,从而使系统的控制性能得到优化,仿真试验结果证明了这一结论.     

汽车模糊控制换挡策略仿真研究

针对自动变速器模糊控制换挡过程中的换挡循环问题,设计了一种新的模糊控制策略.将实验得出的换挡规律曲线分解为升挡规律曲线和降挡规律曲线,并设计了2个相应的模糊控制器.提出以加速度的正负作为控制器起作用的控制参量——加速度为正时系统由升挡控制器控制,加速度为负或0时系统由降挡控制器控制,建立了仿真模型并实现了控制策略.为验证所设计的模糊换挡策略的正确性和可行性,进行了仿真.仿真结果表明,采用这种换挡策略,汽车即使在复杂的路况下行驶,仍然能有效地避免换挡循环,获得最佳的动力性和经济性.     

一种模糊自适应粒子群优化算法的分数阶PI~λD~μ控制器设计

针对分数阶PI~λD~μ控制器待设计参数多,整定复杂问题,采用模糊自适应粒子群优化算法(Fuzzy Adaptive Particle Swarm Optimization,FAPSO)设计分数阶PI~λD~μ控制器参数.采用模糊规则的方法对惯性权重及位置更新进行了模糊逻辑处理.仿真结果表明,与传统的PSO算法比较,采用FAPSO方法所设计的分数阶PI~λD~μ控制器,具有更好控制品质和更强的鲁棒性.     

基于双电阻的变频控制器交流电流采样方法研究

为解决双电阻直流电流采样在变频控制器高频状态下存在的采样盲区问题,对双电阻交流电流采样方法进行研究,论证其采样后的交流电值可以通过滑模观测器的运算,达到控制电机输出转矩的目的.仿真结果表明:这种双电阻交流电流采样方法避免了电流采样在高频区域中出现的盲区问题,提高了采样电流的精确度,使系统的输出转矩更加平稳,转矩波动范围更小.     

脉冲序列Buck变换器的控制规律及特性

研究了开关DC-DC变换器电压型和电流型脉冲序列控制的特点和实现方式,分析和对比了脉冲序列控制Buck变换器的稳态工作特性、控制规律和启动特性.理论分析、仿真和实验结果表明:电压型和电流型脉冲序列控制变换器在负载变化时控制规律基本相同,即负载增大时控制器产生较多的高能量脉冲.当输入电压升高时,电压型和电流型脉冲序列控制器分别产生较多的低能量脉冲和高能量脉冲.与电压型相比,电流型脉冲序列控制变换器具有更平稳的启动特性.     

基于Simulink的单级倒立摆仿真对比

为了实现对单级倒立摆非线性不稳定系统的稳定控制,采用极点配置和模糊控制理论中的T-S模糊模型两种方法建立倒立摆系统的状态方程模型,并进行了状态反馈控制器和模糊控制器的设计.通过Simulink对倒立摆系统进行了建模仿真和对系统控制效果的分析,结果表明:这两种模型均解决了非线性系统问题,实现了对单级倒立摆的稳定控制,并且结构简单,稳定性和快速性很好,对于其它非线性不稳定系统的控制提供了一种有效的途径.     

基于改进型指数趋近律的PEM FC供气控制器设计

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆氧气过低问题,给出一种滑模变结构控制器设计方案,它能够有效解决PEMFC因氧气不足造成控制性能下降的问题.采用改进型趋近律代替传统滑模控制中指数趋近律,能够有效抑制控制器因切换产生的高频抖动,从而提高系统的控制性能.最后,通过仿真验证本文所给出的改进型滑模控制器较传统滑模控制器,具有稳定性更高、鲁棒性更强的特点.