基于改进LPV模型的自动驾驶轻型货车横向控制

本文为适应物流自动驾驶轻型货车载荷显著变化的特点,满足低计算负载和高稳定性等需求,提出了一种基于LPV-MPC的路径跟踪控制方法。首先构建线性参变模型,并制定该模型与调度变量-速度和载荷的非线性映射规则,旨在提高行车稳定性并降低系统对参数的灵敏度;然后在滚动优化部分,为解决规划层提供的离散轨迹点稠密程度不匹配控制模块预测层需求的问题,设计了一种轨迹重构的方法,构建了适应预测层时域尺度的平滑轨迹序列,能有效降低预测状态与真实状态的偏差;同时采用了多点状态量偏差预测方式代替单点偏差预测,充分利用了参考轨迹信息从而提高跟踪精度;最后通过联合仿真和实车试验,验证了所提出控制策略的有效性。

基于LPV模型的三轴燃气轮机自适应滑模控制研究

鉴于燃气轮机线性化模型容易在大工况范围丢失实际燃机的动态特性,以及燃气轮机传统的单变量叠加控制在提高控制效率和控制系统鲁棒性上的局限性,本文以高压转子转速为调度变量建立三轴燃气轮机的线性变参数(LPV)模型,从而在建模复杂程度和模型精度上获得较好的平衡。在此基础上,提出了基于摄动矩阵上界估计和外部干扰上界估计的三轴燃气轮机自适应滑模控制。该控制可通过自适应参数实现对系统摄动矩阵干扰和外部干扰的合理估计,从而抑制干扰造成的影响。通过仿真实验分别研究了摄动矩阵干扰和外部干扰下的LPV滑模自适应控制,验证了其较好的动态响应性能和鲁棒性。

基于LPV模型的挠性航天器保性能姿态控制方法

针对带转动挠性帆板航天器的动力学参数存在不确定性的问题,提出一种利用线性变参数理论(LPV)的鲁棒保性能姿态控制器设计方法。以太阳帆板转角作为变参数,建立挠性航天器姿态动力学LPV模型。考虑输入受限及输入信号变化率受限的约束,并将二次型控制指标上限最优化,通过线性矩阵不等式(LMI)方法求解得到随变参数调度的LPV状态反馈控制器,所求得的控制器能够在系统参数大范围变化的情况下保持鲁棒稳定性,并具备抗干扰能力。用数值方法进行仿真验证,并与定常鲁棒保性能控制器相比较,验证了所提出的LPV鲁棒保性能控制器的适应性与鲁棒性。

基于LPV模型的磷酸铁锂电池SOC实时算法

动力电池荷电状态(SOC)值是电动汽车整车控制策略和电池管理系统中的一个重要参数。文章以磷酸铁锂动力电池为研究对象,提出基于线性变参数(LPV)模型的电池SOC实时估算方法。该方法在电池特性试验研究的基础上,建立电池等效电路模型,将电池非线性系统转换为LPV系统,将其状态空间系数矩阵作为电池可测量的函数,设计滤波器算法,实现磷酸铁锂动力电池SOC的实时估算。利用Matlab软件建立该算法的仿真模型,仿真结果验证了SOC实时估算方法的可行性和准确性。

基于LMI方法的机器人LPV鲁棒H_∞控制器设计

对平面两关节直接驱动机器人 ,提出一种同时将闭环极点配置到满足动态响应区域内的变增益 L PV鲁棒 H∞ 控制器设计新方法。利用 L PV的凸分解方法 ,将机器人模型化为具有凸多面体结构的L PV模型 ,然后利用 L MI技术对凸多面体各顶点分别设计满足 H∞ 性能和闭环极点配置的反馈增益 ,再利用各顶点设计的反馈控制器综合得到具有凸多面体结构的 L PV控制器。仿真结果验证了该控制器可使机器人随关节位置变化始终具有良好的控制性能。

变翼展飞行器平滑切换LPV鲁棒H_∞控制

研究了一类翼展可变飞行器平滑切换线性变参数(LPV)H_∞控制问题。选取翼展变形率为时变参数,并将时变参数取值区间划分成具有局部重叠特性的子区间,得到变体飞行器的切换LPV模型。设计平滑切换控制器,其中重叠子区间控制器由相邻子区间控制器插值得到。给出了保证切换LPV系统指数稳定且具有一定H_∞扰动抑制水平的充分条件,考虑时变参数的渐变特性,得到没有最小平均驻留时间限制的切换律,降低了设计保守性。仿真结果表明,所提方法既能保证飞行器系统在变形过程中的稳定性和鲁棒性,又能实现系统的平滑切换。

双馈式变速变距风电机组LPV控制器设计

提出了一种将闭环极点配置到满足动态响应区域内的增益调度LPV(linear parameter varying)鲁棒H_∞控制器设计新方法,以解决机组的动态稳定性问题。利用LPV的凸分解方法,将风电机组线性化模型化为具有凸多面体结构的LPV模型,然后利用LMI(liinear matrix inequalities)方法对凸多面体各顶点分别设计满足H_∞性能和闭环极点配置的反馈增益,再利用各顶点设计的反馈控制器综合得到具有凸多面体结构的LPV控制器。与PID控制的仿真结果相比较,验证了该控制器具有良好的控制性能。

舰载机着舰侧回路混合H_∞/H_2模型参考LPV控制

针对舰载机对中着舰过程中,滚转速率与侧滑角运动之间存在固有耦合的问题,特别是在低攻角的情况下,这种耦合导致滚转速率与侧滑角符号方向相反,并有较大侧滑,严重降低了飞机的飞行品质,分散了飞行员对中着舰操控过程的精力.推导出了一类具有参考模型H∞/H2LFT(linear fractional transformation)的控制方法来解决这类耦合的侧向控制问题,H2控制不仅可抑制噪声干扰,还可降低通道间的耦合,实现着舰过程的解耦控制,使飞机的操纵响应满足参考模型的期望飞行品质,减少飞行员的工作负荷.对于着舰过程中由攻角变化而产生模型的大范围变化情况,采用线性变参数方法可解决这类具有模型不确性的参数依赖时变系统的精确控制问题.此外文中采用多Lyapunov函数的切换控制,进一步提高了闭环系统的整体性能.

基于LPV模型的鲁棒PI控制方法

基于LPV模型的非线性系统设计同时满足设定点跟踪和扰动抑制性能的比例积分微分(proportional integrator differential,PID)控制器的研究较少,即使对于单一模型系统的设计方法中也很难找到同时满足以上2种性能的PID参数.针对以上问题作者提出了适用于LPV模型系统的鲁棒比例积分(proportional integrator,PI)控制器设计方法,首先设计有增益自适应调节的PI控制器满足非线性系统干扰抑制性能,进而追加2个前项增益参数分别调节已设计的自适应P和I参数满足设定点跟踪性能,通过前项增益调节使得控制系统同时满足以上2种设计指标,并通过仿真及实验验证了该法.

非仿射参数依赖LPV模型的变体飞行器H_∞控制

变体飞行器可以在不同的飞行环境及飞行任务下自适应地进行结构变形,从而确保飞行过程中具有最优的气动性能。以一类翼展可变的飞行器模型为对象,研究了一种针对非仿射参数依赖结构的线性变参数(LPV)系统的控制问题。在Jacobian线性化基础上,将变体过程中的非线性模型精确拟合为以翼展变形率为时变参数的LPV系统。与大多数LPV控制不同的是,此系统为多项式参数依赖结构,不具有仿射参数依赖形式。利用线性分式表示(LFR)将具有非仿射参数依赖结构的LPV模型转换为等价的线性时不变(LTI)系统。为保证变体过程的稳定,针对此LFR形式的变体模型,在满足二次Lyapunov稳定的线性矩阵不等式(LMI)条件基础上,设计了一类基于状态反馈的H∞控制器。仿真结果表明,上述控制器在外部存在干扰的情况下,能够保证变体过程的全局稳定性。因此基于LFR转换的控制器设计方法不再局限于仿射参数依赖形式,对于广泛LPV系统具有普遍适用性。

基于风电机组LPV模型参考自适应独立变桨控制

为了减少大型风电机组多输入、多输出的非线性耦合影响和独立变桨带来的附加控制载荷,根据线性参数变化理论(LPV)对风电机组风能转换系统进行局部线性化,建立统一化的风电机组独立变桨线性参数变化LPV模型.利用模型参考自适应控制理论(MRAC),以线性化后的LPV控制系统为被控对象建立参考模型,设计出高性能的独立变桨距自适应控制系统.采取波波夫(Popov)超稳定性分析法给出风电机组LPV模型参考自适应控制律,并对所设计的LPV模型参考自适应独立变桨距系统进行计算机仿真实验.实验结果表明,所设计的基于LPV模型参考自适应系统能够适应机组参数在较大范围内的变化,能够实现风电机组独立变桨系统的整机控制,具有良好的稳定性和快速性.

基于LPV鲁棒输出反馈控制的变形无人机暂态控制律设计

文章研究了LPV鲁棒输出反馈控制技术在变形无人机变形过程的纵向暂态控制中的应用。首先,从理论上研究了LPV鲁棒输出反馈控制问题的求解及解的可实现性问题,然后用雅克比线性化方法建立了飞机的LPV模型,并以变形无人机变形暂态过程中纵向俯仰角保持为例,使用LPV鲁棒输出反馈设计其控制器。结构奇异值分析和蒙特卡洛仿真结果均表明,系统具有很好的鲁棒性和控制性能。最后,对LPV鲁棒输出反馈技术进行了总结,并给出了需要进一步研究的问题。

基于重叠参数区域的变体飞行器切换LPV控制

针对变体飞行器参数变化范围大,模型具有不确定性和非线性的问题,以后掠角为调参变量建立变体飞行器线性参数时变系统(LPV)模型.将时变参数范围划分为若干参数区域,利用权值系数和参数重叠区域的概念,通过求解线性矩阵不等式组构造一组LPV控制器.以变形量为决策变量设计切换策略,并针对Firebee纵向通道设计了切换LPV控制器.仿真结果表明,通过参数重叠区域构造的LPV模型之间能够平稳、快速切换,该方法使变体飞行器在变形过程中有较好的迎角抗扰能力.

基于LPV理论锂离子电池SOC估算研究

以磷酸铁锂电池为研究对象,在进行了电池特性实验的基础上确定电池电压特性以及开路电压与SOC关系。以二阶等效电路模型为基础,结合LPV理论及EKF原理,在Simulink中搭建电池仿真模型,实现了电池模型参数与SOC的联合估算,设计实验验证了模型的正确性。并嵌入整车模型模拟运行,电池SOC工作区间符合控制策略,设计的磷酸铁锂电池SOC估算方法可行有效。

变体飞行器的切换LPV控制

运用切换线性变参数(linear parameter varying,LPV)的控制方法解决变体飞行器在不同机翼构型有不同的控制目标问题。首先根据变体飞行器的任务需求把后掠角变化范围分成不同的区域,针对不同的变化区域分别设计相应的LPV控制器,采用参数依赖公共Lyapunov函数方法实现在变形机构允许的范围内以尽可能快的变体速度实现变体过程。仿真结果表明用所用方法设计的控制器具有良好的响应特性,可实现对指令信号的良好跟踪。

无人自行车LPV模型在线识别方法研究

集总参数是无人自行车变参数线性(variable parameter linear,LPV)力学模型的核心要素之一,针对一种无人自行车关键集总参数难以直接准确获得的问题,提出一种在线估算其中时变运动参数和物理参数的方法。对于模型中时变车速的估算,主要通过车轮转速传感器以及车架加速度传感器的量测值,结合卡尔曼滤波技术来实现。对于模型中的物理结构参数,主要根据自行车的LPV模型构造逆向识别算法,以IMU,编码器,电流传感器等传感器测量的系统状态为输入,待识别的物理结构参数为输出,通过最小二乘法求解得到。物理样机的实验结果表明:利用模型识别结果计算得到的力矩与传感器实际测量的驱动电机输出力矩基本吻合,验证所提方法的可行性与正确性。

LPV时滞系统的准Min-Max鲁棒模型预测控制

对于输入有约束的LPV时滞系统,提出了准M in-M ax鲁棒模型预测控制.将无限时域“最坏情况”的目标函数分解为当前性能指标和终端代价项,给出了新的鲁棒性能指标上界和系统稳定的充分条件,通过求解LM I的凸优化获得状态反馈控制律,而LM I的可行性保证了闭环系统的稳定性.最后通过truck-tra iler系统仿真验证了所提方法的有效性.

时滞离散LPV系统的鲁棒故障检测与分离

研究了一类具有时变时滞的离散线性参数变化系统的故障检测与分离问题,基于依赖于时变参数的滤波器构造残差产生系统,利用H∞控制理论将故障检测滤波器的设计归结为H∞滤波问题.所设计的滤波器能保证残差信号和故障信号之间的误差最小,且残差信号对控制输入、外界扰动信号具有鲁棒性.应用线性矩阵不等式技术得到了此类系统鲁棒故障检测滤波器存在的充分条件.数值仿真表明所提方法是可行的.

基于LPV增益调度的风电机组控制验证与仿真分析

随着风力发电机组装机容量的持续增加,风力发电机组出力特性及其优化运行成为行业关注的热点。针对湍流风下风电机组的动态响应特性,提出抑制风湍流的LPV增益调度控制方法。基于2 MW风电机组模型进行控制器设计,分别采用PI控制算法与LPV控制算法进行仿真计算。机组载荷的波动主要集中在风轮旋转频率1 P的倍频上。仿真计算结果表明在不同风速下,机组显示出不同的运行特性。在低风速时,塔影效应的作用较为显著,在高风速时,湍流对载荷的影响较为明显。相比于PI控制,LPV控制能够跟随机组运行状态调整控制参数,能更好的抑制湍流对机组的影响。在16 m/s湍流风下,功率和齿轮箱低速轴转矩在3P分量上分别降低了35.1%和41.8%。因此,在LPV控制下,齿轮箱的疲劳损伤降低了,发电机的功率波动减缓了。能够增加风电机组的预期寿命,对电网也更加友好。

基于LPV建模的故障诊断方法研究

建立航空发动机动态线性变参数(LPV)数学模型准确反映发动机动态特性,较好地消除了模型偏差对故障检测准确率的影响,并针对传感器典型故障进行仿真。仿真结果表明,所研究方法准确度高,实时性好,对模型误差具有较好地鲁棒性。