推力受限的ROV预设性能精准跟踪控制北大核心CSCD

[目的]针对有缆水下机器人(ROV)推进器推力/力矩受限的现实情况,研究面向三维轨迹跟踪的预设性能精准控制问题,同时考虑系统不确定性、水下环境干扰等未知因素,提出基于有限时间扩张状态观测器和预设性能变换的精准跟踪控制方案,确保轨迹跟踪误差快速镇定。[方法]首先,针对推进器饱和约束,设计补偿系统消除输入饱和限制;其次,设计有限时间扩张状态观测器,对外界扰动和未知系统动态进行集总观测和补偿;进而,基于预设性能函数和误差转换函数,将受预设性能限制的跟踪误差转换成非受限的跟踪误差并构造积分滑动模态,采用快速幂次趋近律和边界层减缓执行器抖振;最后,采用Lyapunov理论证明所提出算法的整体稳定性。[结果]仿真结果验证了所设计控制方法的有效性和优越性。[结论]该控制方案可为解决集总扰动下推力受限的ROV轨迹跟踪预设性能精准控制问题提供一种新的解决方案。     

Finite-time ship formation control based on extended state observer北大核心CSCD

[目的]为了解决大多数船舶编队控制算法控制周期长和时效性差的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的有限时间控制策略。[方法]采用一种非线性终端滑模算法,通过对控制律分区域设计,克服传统终端滑模存在的奇异性问题;将非线性终端滑模与图论结合,实现有限时间的船舶编队控制;利用扩张状态观测器观测并补偿船舶模型中的不确定性及外界的干扰,以保证船舶编队控制的精确性;运用Lyapunov理论验证船舶编队控制律的稳定性。[结果]仿真结果表明,采用所提控制策略使整个编队系统误差在5 s左右趋近于0,从而实现了稳定。[结论]该控制策略能有效控制船舶编队,且控制速度快、时效性好。     

基于扩张观测器的ROV固定时间轨迹控制

针对六自由度遥控无人潜水器（ROV）的轨迹规划控制问题，提出基于固定时间扩张观测器的非奇异积分终端滑模控制方法。建立考虑系统模型不确定性及外界扰动的ROV六自由度数学模型，采用一种基于固定时间收敛的扩张状态观测器，实现对系统集总干扰的准确估计以补偿控制系统的控制律；设计固定时间非奇异积分终端滑模控制器以保证ROV系统的轨迹跟踪性能，并基于Lyapunov稳定性理论证明系统的固定时间稳定性。仿真结果表明：与以往控制方法相比，文章所提方法提高了控制系统的性能及精度，可保证水下机器人在不同初始状态下均能在固定时间内达到轨迹跟踪的效果。     

考虑预期功能安全的智能汽车自动紧急制动系统

预期功能安全的提出，使得传统的自动紧急制动系统的安全性受到了挑战。为此，本文中利用基于系统理论过程分析（systems-theoretic process analysis,STPA）方法得到了自动紧急制动系统的预期功能安全要求，在传统的自动紧急制动系统基础上增加了感知盲区安全车速规划策略。然后基于盲区场景下车辆与行人相遇运动学模型，构造盲区安全车速公式。接着设计加入非线性干扰观测器的速度滑模控制器，对该速度进行跟踪控制，最后在CarSim与Simulink联合平台上开展仿真试验，比较此系统与没有增加预期功能安全要求的自动紧急制动系统的安全性，并进一步在硬件在环仿真试验台上验证。结果表明，考虑预期功能安全的自动紧急制动系统能有效降低行人碰撞风险，并确保车辆安全通过盲区的行驶效率。     

射频拉远单元与天线交叉冗余连接的相关性能分析

为确保高铁列车的运行安全，铁路5G专网（5G-R）需要比5G公网具备更高的可靠性，通过引入基于射频拉远单元（RRU）的交叉连接冗余（CCR）技术，对5G-R系统无线信号覆盖性能的影响进行分析。首先，介绍CCR冗余技术的系统模型，并对相关参数进行分析；其次，通过理论分析和数学建模，探讨这些参数对覆盖性能的影响机制；最后，通过仿真试验验证理论分析的结果，并比较参数偏差对覆盖性能的影响程度。试验结果表明：在参数偏差较大的情况下，RRU的CCR冗余技术会导致铁路5G-R通信系统的覆盖性能降低。     

计及时变扰动下永磁牵引电机无传感器滑模控制

针对永磁同步牵引电机因参数摄动不确定因素造成控制性能下降以及速度传感器存在成本高、环境要求严格、估计精度不足等问题，提出了一种基于自适应广义高阶平方根容积卡尔曼滤波算法（ASRGHCKF）无速度传感器的永磁同步电机（PMSM）自适应非奇异快速终端滑模控制算法。首先，建立参数摄动下PMSM数学模型；其次，基于扩展滑模扰动观测器（ESMDO）设计自适应非奇异快速终端滑模转速控制算法（ANFTSMC），选择新型指数趋近律可随系统距离滑模面的远近自适应调整趋近速度，同时ESMDO实时精准观测系统的未知扰动部分；最后，结合ASRGHCKF实时精准估计电机的转速和转子位置。通过与PI和传统SMC算法进行仿真和半实物试验对比，验证了该算法在电机参数摄动下暂稳态性能更佳，有利于改善PMSM的无速度传感器控制效果。     

混动专用变速器电机输入轴断裂问题分析解决

某型号混合动力专用变速器在动总台架及整车试验过程中发生P1电机输入轴断裂的问题，在排除电机输入轴本身强度问题的基础上，首次发现在P1电机连续短时起动发动机过程中存在双质量飞轮（DMF）的共振并圈现象。在此基础上，建立一维动力学仿真模型，验证了双质量飞轮的共振并圈现象，发现该现象导致电机输入轴产生的转矩为正常起动过程中转矩的5～6倍。最后提出一种优化起动过程的控制策略，解决了双质量飞轮的共振并圈，进而解决电机输入轴的断裂问题，同时也优化了整车起动过程的NVH性能。这为混合动力系统开发过程中类似问题的解决提供了一种新的思路，具有很强的指导意义和工程价值。     

基于事件触发的船舶编队有限时间控制

为改善船舶编队的时效性，针对船舶编队在海上作业时存在频繁的不必要的通信消耗问题，提出一种基于事件触发机制的有限时间控制策略。设计一个编队扩张状态观测器观测船舶动态信息并补偿船舶模型中的不确定性及外界干扰；针对自身的船舶编队系统定义一个由广义误差变量组成的固定阈值触发函数，将事件触发函数与非线性终端滑模控制器相结合，大大降低了编队控制律的更新频率；利用Lyapunov有限时间理论验证整个编队系统的有限时间稳定性，并证明控制器不存在Zeno行为。仿真结果显示，设计的编队控制器能在5s左右达到预期队形。与连续时间编队控制器相比，设计的编队控制器在保证编队队形的基础上大大降低了触发次数，从而节约了编队系统的通信资源。     

铁路高架桥场景下分布式MIMO信道建模及性能研究

为评估铁路高架桥场景下无线通信系统性能,需建立能准确描述该系统小尺度和大尺度特性的信道模型。首先,建立高架桥场景下椭圆单环模型;其次,将莱斯K因子建模为与高架桥高度有关的函数,两者结合得到一种多跳随机信道模型,并对其进行非平稳性验证;然后,为扩大无线通信覆盖范围,采用在基站侧交错部署多个射频远端单元、在列车上部署多个车载移动中继的方式,形成大规模分布式多输入多输出(MIMO),在此架构下分析天线系统、射频远端单元、车载移动中继站的分布以及高架桥高度对信道容量的影响;最后,对该信道模型进行仿真测试。仿真结果验证了大规模分布式MIMO和车载移动中继系统具有的优势,并显著提高了信道容量。