新能源汽车电机节能直接横摆力矩控制研究

为了降低电动汽车在行驶过程中的电机能量消耗,采用直接横摆力矩控制方法,并对车辆的车轮力矩和电机功率变化进行仿真验证。建立了车辆模型简图,根据牛顿第二定律推导出车辆转向运动方程式。针对传统两轮等力矩控制方法进行改进,提出了一种主动直接横摆力矩控制方法,推导出车辆连续行驶和转弯过程中的力矩分配律。利用转弯过程中车辆车轮的力矩变化来调节电机的功率变化,从而降低车辆电机的能量消耗。采用MATLAB软件对车辆横摆角速度、车轮力矩和电机能量消耗进行仿真,与两轮等力矩控制方法进行对比。结果显示:采用两轮等力矩控制方法,车辆横摆角速度跟踪误差较大,车轮力矩变化幅度较小,自适应调节能力较差,导致电机能量消耗较多;采用直接横摆力矩控制方法,车辆横摆角速度跟踪误差较小,车轮力矩变化幅度较大,自适应调节能力较好,使电机能量消耗较少。采用直接横摆力矩控制方法,能够自适应调整车轮力矩的变化,从而达到降低电机能量消耗目的。

滑移转向车辆的电机转向力矩控制研究

针对滑移转向车辆横向控制困难的问题,通过构建电机控制力矩分配双层结构模型,设计了一种针对滑移转向车辆的横向控制算法。基于车辆运动学和动力学,推导出电机转向力矩与横摆角速度平衡方程,以此改进并提出一种自抑滑移的电机转向力矩前馈控制算法。使用Trucksim和Simulink对车辆在双移线实验工况下联合仿真,结果表明在设计算法控制下,车辆可以快速稳定跟随横摆角速度指令,且上述算法具有一定自动抑制滑移率突变的自适应性,有效提高了滑移转向车辆的横向稳定性。

基于力矩控制的名优茶柔性采摘末端设计

茶叶是我国重要的农产品之一,我国茶叶种植面积达到1.5亿亩,产量达到4700万吨,占世界总产量的60%以上。中国茶叶已成为我国农业增效、农民增收的重要支柱产业。当下主流采摘方式普遍为农民手工采茶,该方法存在费时,成本高,难以做到及时采摘等问题。其中嫩梢采摘是采摘过程最耗时的部分,耗费的时间约占到茶叶总生产时间的50%,由于采摘标准高,无法大面积地使用机械采茶。为此提出了一种基于力矩控制的名优茶柔性采摘末端设计方案。该设计方案采用柔性采摘末端,设计一种2自由度关节型名优茶采摘机械手爪,将绳驱技术应用于机械手爪的控制和运动,并结合力矩控制算法实现精确采摘。初步实验结果表明,该设计方案能够稳定可靠地实现茶叶的柔性采摘,具有较好的发展前景。

汽车直接横摆力矩控制系统综述

汽车直接横摆力矩控制(direct yaw moment control,DYC)系统用于有效避免车辆遇到非预计危险时的侧向运动,以保证汽车运行的稳定性和驾驶的安全性。目前,DYC系统大多采用分层结构。文章首先从车辆状态估计与环境感知、直接横摆力矩控制器设计和力矩分配法这3个角度分析了汽车DYC系统架构,接着重点阐述了其对车速、车间距离、路面信息、横摆角速率以及车辆质心侧偏角等状态信息的获取与处理方法;然后介绍了上层控制器中车辆动力学参考模型、控制结构及不同变量控制的设计方法以及下层控制器中车辆横摆力矩的分配方式;最后总结了汽车直接横摆力矩控制系统现存的问题以及将来发展的方向。

基于全身力矩控制的双腿轮机器人跳跃方法研究

双腿轮机器人由于内在不稳定性以及强耦合非线性特性,其运动控制尤其是高动态运动控制非常困难.为此,提出基于最优力分配的全身力矩控制框架,可同时实现双腿轮机器人的自平衡与躯干位姿控制;为提高双腿轮机器人在高速运动时跨越垂直障碍物的能力,提出应对垂直障碍的跳跃动作规划方法,并基于全身力矩控制框架进行控制与实现;通过分析简化的轮式倒立摆模型,得到腾空时飞轮转动对俯仰姿态的动力学影响,实现腾空阶段俯仰姿态的调整.设置连续跳跃仿真实验与有无飞轮调整的俯仰姿态对比实验,其仿真结果证明所提方法的有效性与鲁棒性.

移动机器人神经网络补偿计算力矩控制

针对存在动力学不确定建模项、建模误差及外界干扰的移动机器人,设计RBF神经网络补偿计算力矩控制算法。基于反步法设计运动学辅助速度控制率。根据动力学理想名义模型,基于计算力矩法设计一般的力矩控制器。在此基础上,建立具有不确定建模项、建模误差及外界干扰的移动机器人动力学模型,基于计算力矩法设计带有RBF神经网络补偿的力矩控制器,神经网络的权值由自适应律给出。最后,利用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明:神经网络对系统不确定项具有良好的逼近性能,相比于一般的计算力矩控制,所提出的神经网络补偿计算力矩控制算法具有更好的跟踪性能,控制系统具有更好的鲁棒性。

分布式驱动地面无人平台直接横摆力矩控制研究

分布式电驱动平台以其优越的越障能力和机动能力受到国内外国防军事领域的广泛关注。为提高8×8独立驱动无人平台越野机动的行驶控制稳定性,提出一种分布式独立驱动无人平台的驱动扭矩优化分配控制框架。首先,建立了面向控制的整车动力学模型并提出一种分层控制框架。在该控制框架内,上层控制器用于快速求解无约束条件下的需求驱动力矩和横摆力矩,下层控制器以轮胎垂直载荷利用率以及路径跟踪控制精度为目标,采用二次规划算法对各轮胎扭矩分配进行优化求解,获取最优驱动力分配方案。其次,利用TruckSim和MATLAB搭建了越野机动仿真环境,对所提出的分层控制框架进行能效验证。联合仿真实验结果表明,该控制方法能合理分配车轮转矩,提高车辆的行驶稳定性,从而提升平台的越野自主机动能力。

二次调节力矩控制中的摩擦问题及其模糊控制补偿方法

本文对于二次调节力矩控制系统的摩擦现象及其模糊控制补偿方法进行了研究。给出了二次调节力矩控制系统的数学模型 ,用以进行摩擦现象及其补偿的理论和仿真分析 ;结合实验测试结果 ,建立了一个包含静摩擦、库伦摩擦、粘性摩擦和Stibeck效应等因素在内的摩擦模型 ,用以近似地反映现实中复杂的摩擦现象 ,这对于研究力矩控制时摩擦对于系统的影响非常有益。仿真和实验结果证明了摩擦模型的有效性 ;也证明了模糊控制器对于非线性摩擦补偿和提高系统的精度的有效性。

基于全轮纵向力优化分配的4WD车辆直接横摆力矩控制

为了充分利用四轮独立驱动(4WD)与直接横摆力矩控制(DYC)各自的优势,提出了基于全轮纵向力优化分配的4WD车辆DYC系统方案。利用改进的2DOF车辆模型制定DYC稳定性控制目标,设计基于最优动态滑模的"前馈+反馈"DYC控制器。建立全轮纵向力优化分配模式,结合HSRI轮胎模型设计了降低整车路面附着负荷的目标函数,并通过约束优化得出全轮纵向力分配值。研究表明,全轮纵向力优化分配可提高整车路面附着余量,进一步提升了DYC系统的控制性能。

基于直接横摆力矩控制的汽车稳定性控制策略

建立了适用于汽车稳定性分析的人-车闭环系统整车动力学模型,提出了保证质心侧偏角为零的前馈和单神经元两种DYC控制策略。通过对这两种控制策略的低附着双移线道路仿真,对比分析了两种不同控制策略的控制效果。仿真结果表明:单神经元DYC控制策略能更有效地控制汽车运动状态,提高汽车纵向及侧向稳定性。

轮毂电机驱动车辆双重转向直接横摆力矩控制

针对某型8轮轮毂电机驱动车辆,设计一种基于直接横摆力矩控制的双重转向控制方法,建立车辆双轨2自由度动力学模型,研究包含滑移转向工况的车辆参考模型,并对滑移转向比采用基于车速与路面附着条件的模糊调节。为平衡横摆角速度控制与质心侧偏角限制之间的矛盾,在控制模型中,以横摆角速度作为直接控制变量,以质心侧偏角作为约束量,采用滑模变结构控制算法计算期望的横摆力矩,横摆力矩分配过程中采用预分配与驱动防滑控制相结合的分配策略。利用硬件在环实时仿真平台对所提出的双重转向控制算法进行分析验证,仿真结果表明:采用双重转向控制,能有效提高车辆转向的机动灵活性和操纵稳定性,对于提高轮式装甲车辆战场生存能力具有重要意义。

移动小车轨迹跟踪的力矩控制

讨论了移动小车的轨迹跟踪控制。在速度控制的基础上，利用控制Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数（ｃｌｆ），基于小车动力学模型设计具有渐近收敛性的力矩反馈控制律，使之具有更广泛的工程实践意义。仿真结果表明了该控制律的有效性。

空间机械臂关节精细动力学模型的建立及关节力矩控制

针对空间机械臂辅助对接任务中的复杂关节力矩控制问题,建立了含间隙、非线性刚度及啮合阻尼的多级行星齿轮传动复杂关节精细动力学模型,该模型不仅考虑了齿轮啮合刚度,而且考虑了齿轮轴的扭转刚度。提出了一种基于关节动态扭转变形的关节力矩测量方法,并以此建立关节力矩控制系统,利用Runge-Kutta算法对关节精细动力学模型进行了数值计算。计算结果表明,此关节力矩控制方法约有1.7%的稳态误差,能满足关节力矩控制的需要;基于关节动态扭转变形的关节力矩测量方法有效地解决了提高关节力矩测量精度与保持传感器刚度之间的矛盾。

直接力矩控制系统的模糊在线观测器的设计

在直接力短控制系统中，异步电机定子电阻值在运行过程中一直是变化的，严重影响了系统的低速性能。本文就这一问题进行了讨论，并设计了定子电阻在线模糊（Fuzzy）观测器，从而为改善系统的低速性能找到了一条途径。

面向交互应用的串联弹性驱动器力矩控制方法

对于串联弹性驱动器(Series elastic actuator,SEA)而言,已有方法大都将其弹性组件视为线性弹簧.然而为了追求更高的能量密度,SEA的机械结构越来越复杂,使其控制问题更具挑战性;此外,现有方法均未考虑当SEA应用于交互系统中,其负载端动力学模型会产生剧烈变化的情况.针对这些问题,本文设计了一种面向交互应用的自适应滑模控制方法.具体而言,首先在考虑了非线性SEA输出特性及系统中可能存在的扰动的情况下,描述了SEA系统的动力学方程,并对其进行了分析和变换.在此基础上设计了负载运动观测器和自适应滑模控制器,使得本文方法能够在负载端动力学模型完全未知的情况下完成SEA的力矩控制.最后通过引入辅助系统,对输入饱和的情况进行了有效的处理.通过理论分析证明了闭环控制系统的稳定性及信号有界性,随后的仿真与实验结果也表明了这种自适应滑模控制器良好的控制性能和对不确定性因素的鲁棒性.

基于非线性直接横摆力矩控制的ESP研究

设计了基于直接横摆力矩控制(DYC)的汽车电子稳定控制程序(ESP)控制器。采用基于输出反馈的非线性控制作为DYC控制器的算法;设计了非线性观测器用来准确地观测车辆纵向和侧向速度;设计了执行机构分配模块,为子控制器分配执行机构资源,防止DYC与防抱死制动(ABS)和驱动防滑(ASR)系统执行时相互冲突,保证ESP多种功能的正常执行;基于ARM7自主开发了ESP控制器,并搭建了硬件在环平台对其进行测试。测试结果证明了该控制策略的有效性。

多指灵巧手的位置/力矩控制

提出了一种新的多指手位置/力矩控制策略.该策略基于滑模位置控制和PD力矩控制分别实现自由空间中的轨迹跟踪和约束空间中的力矩跟踪,利用简单的系统观测器实现灵巧手在过渡过程中的控制模式切换.该策略具有很好的位置/力矩跟踪能力,并且可以保证过渡过程的稳定性.实验结果证明了该控制策略的有效性和可行性.

数字矢量控制和直接力矩控制调速系统中的电压模型

一种新的观测交流电动机磁链幅值和位置角的电压模型,它能解决传统电压模型中纯积分漂移问题及由数字控制引起的滞后问题,直接输出磁链幅值和瞬时角度,方便矢量控制和直接力矩控制使用,并可用于同步电动机的初始定位。

基于直接横摆力矩控制的FSAE纯电动赛车操纵稳定性控制策略

针对双电机驱动FSAE纯电动赛车操纵稳定性控制问题,提出了基于直接横摆力矩控制的操纵稳定性控制策略。采用扩展卡尔曼滤波对实际质心侧偏角进行估计,分别设计了基于PID控制、基于模糊逻辑控制以及基于PID模糊逻辑联合控制的附加横摆力矩控制器;并在方向盘转角阶跃工况以及双移线工况下,基于Matlab/Simulink平台进行了仿真对比。利用A&D5435半实物仿真平台和Matlab/Simulink代码自动生成技术,搭建了FSAE纯电动赛车硬件在环试验平台,并进行了双移线工况的实车试验验证。结果表明:文中提出的PID模糊逻辑联合控制策略相比于无控制和PID控制横摆角速度的稳态值和极值最多分别减小12. 17%和43. 87%,质心侧偏角的稳态和值极值最多分别减小8. 4%和68. 53%,并且收敛速度变快,提高了车辆的操纵稳定性。

异步电机直接力矩控制中定子磁链自适应观测器的研究

为了提高直接力矩控制系统中定子磁链的观测精度，提出了一种新的定子磁链自适应观测器。该观测器在观测定子磁链的同时也辨识了随温度变化的定、转子电阻。该观测器的稳定性利用波波夫理论进行了严格的证明，其鲁棒性和观测效果也通过数字仿真得到充分的证实。