基于线性二次型最优控制的机器人示教数据处理系统设计

针对机器人拖动示教过程中传感器采集的数据含有噪声的问题,提出了一种基于线性二次型最优控制的运动轨迹控制器。首先,针对机器人关节运动特性建立状态空间模型,并设计相应的性能指标;然后,采用线性二次型最优控制设计最优控制律和相应的控制系统;最后,以Franka Emika机器人为示教对象进行实验,将机器人自身传感器采集的数据作为最优控制系统的输入,将系统输出用于机器人的运动控制,完成机器人拖动示教。实验结果表明,线性二次型最优控制方法能有效抑制传感器采集数据的噪声,较好地将关节速度、加速度和急动度的幅值控制在合理范围内,使处理后的数据能更好地应用于机器人的拖动示教。

液压位置伺服系统的仿真及二次型最优控制

根据现有的实验设备,在分析各元件特性的基础上建立了电液位置伺服系统的数学模型。通过MATLAB仿真,设计了系统的二次型最优控制器,并分析了参数变化对所设计最优控制系统的影响。

基于MATLAB的线性二次型最优控制器设计

给出了完整的线性二次型最优控制器的设计过程 ,简述了线性二次型最优控制器的基本原理、控制器的设计方法 ,并对控制器作用下的闭环系统的稳定性和响应进行了分析 ,设计所得到的控制器控制效果比较好 ,对参数摄动也不敏感 ,达到了设计的目的。

二自由度扭转系统的线性二次型最优控制

以加拿大Quanser公司提供的二自由度扭转系统为控制对象，首先基于拉格朗日方程对整个系统进行数学建模，然后应用线性二次型最优控制策略（LQR）设计了系统的控制器，并在Matlab／Siumlink／WinCon环境下进行了系统仿真和实际控制。实验表明，LQR控制策略能够良好地应用于二自由度扭转系统，并有较好的控制效果。

精校机电液位置伺服系统的最优二次型控制

精校机液压伺服系统是精校机的执行环节 ,是保证校直精度的关键。文章根据现代控制理论 ,在分析精校机工作特性的基础上 ,建立了精校机电液位置伺服系统的状态空间模型 ,设计了精校机电液位置伺服系统的二次型最优控制。仿真结果表明 ,系统具有良好的动态品质和跟踪性能。

连铸机动态轻压下液压压下系统的最优二次型控制

通过对内蒙古某炼钢厂连铸机动态轻压下液压压下系统的研究,根据现代控制理论,在分析连铸机工作特性的基础上,建立了电液位置伺服系统的状态空间模型,设计了系统的二次型最优控制。仿真结果表明,系统具有良好的动态品质和跟踪性能。

车辆主动悬架二次型最优控制器权矩阵参数优化

在使用线性二次型调节器(LQR)的车辆主动悬架控制器中加权矩阵Q和R的取值经常依靠先验知识选取。粒子群算法具有良好的快速寻优能力,可以对权矩阵参数进行优化。针对目前算法存在的缺点通过在更新过程中动态调整惯性权重以更好地平衡全局和局部搜索能力,同时在迭代后期加入禁忌搜索避免陷入局部最优解。在MATLAB中建立1/4二自由度主动悬架仿真模型,对振动控制性能仿真分析结果表明,采用改进粒子群优化LQR与传统LQR方法相比能够很大程度上减少路面变化对车身的冲击,乘坐舒适性和可操纵性得到明显提升。

基于MATLAB的电液位置伺服系统的最优二次型控制

在分析液压位置伺服系统工作特性的基础上,建立了液压位置伺服系统的状态空间模型,介绍了用MATLAB设计最优二次型控制器的基本方法,并且分析了参数变化对最优控制系统设计的影响。仿真结果表明,系统具有良好的动态品质和跟踪性能,为液压伺服控制系统的优化设计提供了新的方法和途径。

基于T-S模型的最优模糊多模型切换控制

针对传统控制方法鲁棒性不强以及配置极点复杂的问题,本文中提出了一种基于T-S模型的最优模糊多模型切换控制方法,将T-S模型、线性二次型最优控制器设计以及多模型切换控制三者结合起来。该方法首先对每个T-S模糊模型的线性子系统设计LQR控制器,再把每个控制器乘以其权重求和得到全局LQR控制器,满足线性二次型性能指标最小的条件下,获得状态反馈矩阵,即提高了系统的鲁棒性,且避免了配置极点的复杂工作。在模糊规则数相同的情况下,多模型切换由于模糊论域的变小而提高了线性逼近精度,实现对整体非线性系统的逼近与控制。仿真实验结果验证了这种方法的有效性。

侧向风干扰下的汽车主动前轮转向最优控制

侧向风对汽车行驶操纵稳定性有重要影响.通过分析侧向风干扰下车辆稳定性,提出基于主动前轮转向(active front wheel steering,AFS)的控制策略.AFS控制器采用线性二次型最优控制算法,以实现横摆角速度和质心侧偏角目标值跟踪.为了评价控制算法,基于MATLAB/Simulink和CarSim协同仿真环境建立整车动力学模型、单点预瞄驾驶员模型、控制器模型、道路和侧向风模型.仿真结果表明,AFS可有效提高车辆在侧向风干扰下的操纵稳定性,且控制算法对车速和路面附着系数具有良好的鲁棒性.

路面激励下车辆速度最优控制

对发动机-耗能装置动力学模型进行分析,给出了完整的线性二次型最优控制器的设计过程。介绍了线性二次型最优控制器的基本原理和控制器的设计方法,设计了自动调节车辆速度的线性二次型最优控制器,并对控制器作用下的闭环系统的响应进行了分析。结果表明,设计所得到的控制器控制效果良好,达到了设计目的。

LQR控制策略在旋转机架模型中的应用

以加拿大Quanser公司生产的2自由度起重机机架模型———旋转机架系统为研究对象,首先基于拉格朗日方程建立了系统的数学模型,然后对模型进行了线性化处理得到了其状态空间表达式,在此基础之上设计出了线性二次型最优控制器(LQR)。借助Matlab/Simulink和Wincon控制平台,进行了仿真与实时控制实验。结果表明,LQR控制策略具有良好的效果。

具有极点约束的高超声速飞行器非脆弱最优H_2/LQR控制

针对吸气式高超声速飞行器,提出了一种具有极点约束的非脆弱最优H2/LQR(线性二次型调节器)控制方法.根据吸气式高超声速飞行器的非线性纵向运动方程,推出了一种新的飞行器线性不确定模型,为吸气式高超声速飞行器设计了一种多目标非脆弱控制器.在控制器的设计中,不但考虑了系统的极点配置、最优H2性能和鲁棒保性能3种指标,而且兼顾了因飞行条件不确定性和建模误差引起的控制器增益的变化,利用线性矩阵不等式方法推导了多目标非脆弱控制器的存在条件.仿真实例说明了非脆弱控制器在高超声速飞行器控制中的优越性和有效性.

防空导弹直接力／气动力复合控制系统设计

直接力和气动力复合控制技术是先进防空导弹对付高速机动目标、兼有反导能力以及发展成为动能拦截弹最现实有效的技术途径。针对力矩式复合控制方法,为减小由于弹体滚动所引起的耦合影响,建立了俯仰-偏航通道短周期运动模型;在弹体慢旋条件下给出了参考信号状态空间模型,利用线性二次型最优跟踪控制方法设计了复合控制姿态稳定系统,并基于分离原理设计了参考信号状态观测器。仿真结果表明系统对制导指令的响应时间小于0.1秒,对螺旋机动弹道目标的拦截脱靶量为0.34米,说明该复合控制方法具备直接碰撞目标的能力。

一种基于相对滑移率的电动汽车电子差速控制方法研究

针对轮毂式电动汽车在转弯时存在驱动轮相对滑移率受外界干扰大的问题,提出一种基于相对滑移率的电动汽车电子差速控制方法,设计了基于最优控制和滑模控制的线性二次型最优滑模控制器。采用前轮转向后轮驱动的轮毂式电动汽车作为研究对象,针对其电动汽车电子差速控制系统的操纵稳定性特点,构建包含电动电动汽车纵向、侧向和横向运动的三自由度整车仿真模型,经过线性模型化将电动汽车的驱动相对滑移率作为反馈控制量,通过控制汽车的转矩协调百分比来控制驱动轮的输出转矩,从而控制了驱动轮的相对滑移率。仿真结果表明,该控制方法实现了车辆在转弯过程中驱动轮的相对滑移率最小,且提高了电子差速系统的抗干扰能力,有效地增强了系统的鲁棒稳定性,提高了车辆的行驶安全性。

一种优化的频率驾驭算法研究

为满足各应用领域对高精度时间性能不断提升的需求,该文设计实现了一种迭代的优化频率驾驭算法,主要分为纸面时间计算和实际物理信号实现两个部分。其中纸面时间计算采用ALGOS算法,利用实时原子钟数据和Circular T公报数据计算获得准确可靠的时间尺度,保障了驾驭参考的准确性和实时性。实时物理信号实现采用最优二次型高斯控制算法与Kalman算法综合,通过实时调整参数,计算出最优的频率驾驭量,将该驾驭量输送至频率调整设备,最终实现高精度时间信号的输出,整个驾驭系统是闭环的。该文基于我国时间基准保持系统和原子钟组,搭建试验平台,采用该算法对一台氢钟进行为期140天的频率驾驭,最终对输出的物理信号进行性能评估。试验结果表明,该算法有效提高了驾驭后物理信号的准确度和稳定度,驾驭后信号与国际标准时间协调世界时(UTC)相比,相位偏差保持在±3 ns以内,且30天稳定度优于5×10^(–16)。

液压泵控马达调速复合控制系统研究

对液压泵控马达系统和液压泵斜坡倾角电液伺服控制系统进行了理论建模,分析了液压泵控马达系统与电液伺服串联液压泵控马达系统关于阶跃输入控制信号的响应特性;将最优二次控制理论与动态鲁棒补偿法相结合设计了复合控制系统,对系统进行了仿真计算。仿真结果表明:电液伺服控制系统对整个系统的影响较小,可简化成比例环节;复合控制系统可以有效减少静态误差、提高系统动态响应精度。

三级倒立摆的混合控制

针对传统模糊控制的不足,基于三级倒立摆多变量非线性的数学模型,设计了由模糊控制器和线性二次最优控制器组合的混合控制器。当小车到达某一指定位置时,模糊控制器切换到线性二次型最优控制器。仿真结果表明:混合控制器有效克服了模糊控制器在定位精度低和线性二次型最优控制器响应时间慢的缺点,优于单一的模糊控制器或线性二次型最优控制器。

民用涡扇发动机多变量增广LQR控制器设计

针对民用涡扇发动机设计多变量控制器,提出将多变量增广LQR控制算法引入到民用涡扇发动机的方法。将发动机控制量作为增广的状态向量引入LQR算法设计,并根据控制系统回路的性能需求,设计期望动态响应曲线;期望动态响应与实际动态响应的差值范数作为优化目标用来调整、确定LQR控制算法的权阵取值;设计的控制器与民用涡扇发动机非线性模型仿真验证。结果表明,多变量增广LQR控制器满足民用涡扇发动机的控制需求。

多关节深海潜水器纵垂面建模与俯仰控制

为实现深海纵向剖面探测,给出了一种多关节潜水器的设计方案,并对潜水器的纵垂面建模与俯仰姿态控制问题进行了研究。针对浮力和重力不平衡的情况,根据牛顿第二定律和力矩平衡原理建立了多关节潜水器在纵垂面上的运动学和动力学模型。考虑到多关节潜水器在纵倾运动控制过程中存在未知干扰和过驱动等问题,提出了一种线性二次型最优自抗扰控制方案。根据实验样机硬件设计要求,将关节摆动角度作为被控系统输入。将系统内力与外部扰动作为系统总扰动,采用线性扩张状态观测器对总扰动进行估计。针对系统过驱动问题,采用奇异值分解法求解控制系数矩阵的伪逆矩阵,实现总扰动补偿与输入合理分配。采用线性二次最优控制优化线性反馈控制增益,实现控制增益按照期望输入输出效果达到最优。在SIMULINK平台上,搭建模型仿真环境,在有、无输入扰动两种情况下,使用线性二次型最优自抗扰控制器实现俯仰控制仿真。结果表明,所设计的控制器具有低超调、抗干扰和精准度高的特性。