汽车横向摆动前馈调节LQR控制设计及仿真分析

对自动驾驶的横向位置参数与速度进行有效控制,需要通过设置智能控制技术来实现。为了提高汽车无人驾驶时横向摆动控制精度,设计了一种能够自主调节的前馈调节线性最优控制LQR控制器。利用非预瞄控制模式建立了对路径误差跟踪模型,建立了包含了路径跟踪偏差和车-路参数的自适应矩阵,并开展仿真测试分析。双移线测试表明,采用前馈LQR优化控制器进行处理时得到的距离偏差不超过0.3m,获得了0.1rad以内的航向偏差。LQR控制器中加入前馈控制程序后应对控制参数进行适当调节便可以达到目的。连续换道测试表明,在LQR控制器中加入前馈控制后达到更小偏差,路径跟踪精度获得了明显提升,表现出更优控制效果。该研究对提高无人驾驶汽车运行稳定性具有很好的理论支撑价值,易于推广应用。

临界电流模式图腾柱无桥功率因数校正换相谐振抑制

工作于临界电流模式下的图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路因其无整流桥损耗、电感体积小、易于实现软开关而得到广泛关注。然而,在输入电压过零点处,工频管之间的换相时刻,电感会与工频管的结电容产生谐振,相应地,电感电流和直流母线电压因此会存在高频振荡。电感电流振荡会加剧输入电流畸变程度,而母线电压上的高频尖峰由于振荡频率高,后级DC-DC变换器难以抑制而传递至负载,导致敏感负载无法正常工作。该文分析线性开关在主动栅极电路中抑制振荡的工作原理,基于线性开关的特性提出三电平驱动方式来抑制图腾柱无桥PFC换相谐振,降低输入电流总谐波畸变率(THD)的同时实现对直流母线的高频尖峰的抑制,在2kW满载工况下,将输入电流THD降低1%,母线电压尖峰高频分量峰值由2.83V减小至0.01 V以下。实验结果表明,该文所提出的三电平驱动方式可以有效抑制临界电流模式图腾柱无桥PFC的换相谐振。

滇池pH值异常升高的主要影响因素识别及其驱动机理

pH值异常升高(pH值>9)正日益成为滇池及其他高原湖库的主要水环境问题之一。为了探索近年来滇池为何频频出现pH值异常升高的现象,并识别分析其主要的驱动因素,采用相关分析和多元线性回归对滇池外海2016—2019年期间8个监测点的7个水质指标进行了系统性研究,结果表明:滇池pH值异常升高的现象主要出现在夏、秋、冬三季,其中夏、秋两季无水质指标与pH值呈显著正相关,冬季pH值与DO浓度、叶绿素a浓度存在显著的正相关关系。夏、秋、冬三季叶绿素a浓度对pH值异常升高都有较大的贡献,它们的标准化系数分别为0.260、0.231、0.444,且这种贡献在秋冬季都要高于其他理化因子并具有显著性。夏、秋、冬三季的多元线性回归模型均具有统计学意义,且变量共线性和回归残差偏态均不严重,明确指出了滇池pH值异常升高的主要原因是浮游植物异常增殖。研究成果可为高原湖泊及水库pH值异常升高成因识别与科学施治提供方向。

一种钹型直线式压电电动机的设计

针对高端精密机械领域对响应快、大行程、运动速度快的压电直线电动机的设计需求,设计了一种基于惯性驱动压电陶瓷的新型直线压电直线电动机。通过对压电电动机工作原理及压电电动机应用环境的分析,设计了新的电动机结构,并制作了原理样机。通过试验数据分析后得知:在一定频率范围内,该款压电定子可以保持纵振幅度足够大且稳定,最大幅值可达740 nm;电动机最大无负载速度为8.56 mm/s,最大负载能力1.5 g。这种电动机结构简单,容易实现小型化。钹形振子更容易放大压电陶瓷的振幅,使该电动机更易于实用化,适合用于物体精密定位、精细物料输送或振动切割工具。

基于轮轨定位数据的有轨电车区间驾驶特征分析

为分析人工驾驶条件下有轨电车区间速度及可靠性特征,基于轮轨定位数据,计算有轨电车在加速段、巡航段、制动段和交叉口的运行特征指标,分析人工驾驶决策对各指标的影响机制;并建立区间运行速度的多因素回归分析模型及概率分布模型。结果表明:由于人工驾驶的模糊控制特点,司机无法实现充分加减速;终点速度和制动系数对区间运行速度贡献度总占比达57%,是驾驶行为优化的重点;区间运行速度呈高斯混合分布(Gaussian Mixture Model,GMM),对常见绿波带宽有较高的偏出率,是造成线路时间可靠性低的重要原因。

基于线性二次最优-PID车辆控制策略研究

针对车辆在循迹过程中主动跟随精确性的问题,本文提出了一种利用线性二次(LQR)-PID最优算法设计上层控制器的方法。首先,根据车辆的动静态特性和运动特性建立CarSim车辆模型,并设计相应的性能指标;然后,采用LQR线性二次最优控制和PID控制设计了针对不同路况条件下的两种跟车策略,结合实际驾驶条件下自身传感器采集的数据作为系统输入,将所设计控制策略得到的输出作用于车辆模型。联合仿真表明:线性二次-PID最优控制策略在不同工况条件下能够有效地减小车辆在跟随过程中的稳态误差,且能够明显改善驾乘体验。

智能仓储系统在智能制造智慧工厂的应用

文中采用智慧物流立库解决方案——智能制造物流立库系统,建立了智能制造线性驱动行业中功能齐全物流储运中心,以解决产品多样、搬运效率低下、存储自动化程度低、信息传递不完整等问题,且能快速满足客户的需求。该系统可提升12倍库存容量,节省60%人力成本,提升90%作业效率,同时库存周转亦缩短50%。该项目通过先进的物流规划和应用库存管理系统,建成为融合成品、包材、辅料等自动入库、存储、出库、拆零拣选等功能于一体的物流中心,并通过数字孪生系统,使整个物流输送系统流程可视化,从而助力K电器打造智能制造智慧工厂。

直线电机驱动的数控机床误差分析与性能优化研究

直线电机技术作为现代数控机床驱动的核心,其精度和效率直接影响机床的加工质量和效率。文章旨在探讨直线电机驱动的数控机床在误差分析与性能优化方面的研究进展,先概述直线电机驱动数控机床的基本原理和特点,然后重点分析该类机床存在的主要误差来源,并在此基础上提出一系列性能优化方法。

环形匝道平面线型对建设用地及行车安全影响

为保障车辆安全行驶且同时减小互通立交的占地规模,增加工程经济性,采用控制变量法分析了环形匝道平曲线半径和缓和曲线参数对占地的影响,并从行车稳定性和运行速度讨论环形匝道的行车安全,提出考虑环形匝道建设经济性、行车安全性的解决措施,并结合实际案例进行说明。结果表明,环形匝道平曲线半径对占地面积的影响高于缓和曲线参数,前者导致占地面积二次幂级增长,后者导致占地面积线性增长;当设计时速一定时,环形匝道横向力系数均随平曲线半径的增大而减小,且减小速率不断降低,符合反比例函数变化规律;环形匝道平曲线半径一定时,横向力系数均随运行速度的增大而增大,增长速率不断增大,符合二次函数变化规律。针对平原微丘区和山岭重丘区等不同地貌,提出了公路环形匝道平面半径的建议取值,供设计人员参考使用。

基于多胞体系统的FWID EV鲁棒加权增益调度轨迹跟踪控制

为了提高四轮独立驱动电动汽车(FWID EV)轨迹跟踪控制性能,针对车辆横向运动系统的不确定性与非线性问题,考虑转向执行机构的动态特性,提出了基于线性变参数(LPV)的鲁棒加权增益调度轨迹跟踪控制策略。首先利用凸分解技术将LPV系统转化为有限多胞顶点凸组合的多胞体系统,然后基于离线设计的每个多胞顶点控制器和线性组合在线计算任意时变参数对应的系统控制器参数,并利用MATLAB和CarSim进行联合仿真。结果表明:在加速变道场景下,所设计的控制器可以保证横向偏移误差不超过2 cm,横向偏移平均绝对误差不超过0.9 cm的较高跟踪精度及行驶稳定性和鲁棒性。

综采工作面隔爆巡检机器人控制技术研究

首先分析了轨道式巡检机器人在综采工作面的严苛工作环境下遇到的3种典型工况:爬坡、错切、扭转。针对3种工况设计了一种能适应综采工作面环境的隔爆巡检机器人,并分析得出其运动学模型,进而基于该模型,提出一种模型预测控制方法。该方法基于微分几何理论,采用反馈线性化,先将非线性控制系统变换为线性控制系统,然后运用模型预测的控制理论,按照线性系统去设计控制器。最后,通过充分的实验验证了该控制方法能有效地解决爬坡、错切、扭转等综采工作面的苛刻工况,轨迹跟踪实验也验证了该控制方法具有很高的精度。

面向农机自动驾驶的农田边界线预测方法

农田边界的快速准确提取是自动驾驶农机在田间自主安全作业的基础,也能为农场数字化管理提供基础数据。传统的农田边界线图像特征提取精度不高且边界线提取不完整。本研究构建了农田图像标注数据集并提出了一种基于无人机遥感图像的农田边界获取方法,设计了一种基于DeeplabV3+的改进语义分割模型,利用边界追踪函数追踪二值图像边界,剔除离群点后通过最小二乘算法得到拟合后的边界线。田间试验结果表明,在作物覆盖农田与未被作物覆盖农田上,该网络的交并比分别为92.78%和92.69%,平均像素精度为93.96%,提取边界线的平均垂直误差和平均角度误差分别为4%和0.62°。本研究可为农机自动驾驶的定位与路径规划提供技术支撑。

基于数据物理融合驱动配电网三相线性化潮流及线损分析应用

分布式电源规模化并网引入了下垂控制等非光滑本地控制约束,易导致传统基于前推回代法的潮流计算方法收敛失败,且由于分布式电源并网改变系统潮流方向,导致传统等值电阻法、压降法等理论线损计算方法不再适用。为解决上述问题,提出计及有载调压变压器调压、分布式光伏下垂控制的光滑化模型,构建了基于数据物理融合驱动的三相配电网线性化理论线损快速计算模型。在传统基于稳态运行特性线性化、一阶泰勒展开线性化的基础上,利用偏最小二乘法补偿线性化误差。相比纯物理驱动线性化,在负荷重载条件下仍具有较高精度;相比于纯数据驱动线性化,能够保留支路拓扑信息,适用于开关状态变化场景。所提模型仅对线性化误差进行拟合补偿,在保证线性化精度的前提下,极大地提高了潮流模型的收敛性与计算效率,且能够适应不同负荷水平实现精确误差补偿。基于实际42节点三相配电网系统仿真,验证了所提模型具有较高精度,且能够实现配电网理论线损鲁棒、快速计算。

基于虚拟质心的GSLQR最优控制和力前馈解耦控制算法

针对龙门同步双驱(GSD)平台因负载不均导致的同步误差影响加工精度的问题,目前的研究大多忽略了双驱轴之间的交叉耦合效应,或者重负载在龙门架横梁上的位置变化对同步误差的影响。为解决这一问题,首先,通过定义龙门架横梁的虚拟质心,量化双驱电机之间的交叉耦合力;然后,设计一种基于虚拟质心的GSLQR最优控制和力前馈解耦控制算法;最后,进行仿真实验。仿真实验结果表明,该算法的同步误差最大值比GSLQR最优控制算法和推力分配算法分别降低了约70%和60%,提高了GSD平台的同步性能和运动性能。

基于模糊滑模控制的直驱式波浪发电装置最大功率控制方法

海洋波浪能是一种新型清洁能源,为提高直驱式波浪发电系统的发电功率和波浪能转换效率,针对目前普遍使用的比例-积分-微分(PID)控制方法存在输出纹波较大、系统稳定性较差的问题,提出基于模糊滑模控制的最大功率控制方法,根据运行状态实时调整趋近律参数,在实现最大功率跟踪的同时削弱输出纹波,减小跟踪误差,提高系统控制品质。文中以永磁直线发电机(PMLG)作为发电装置,建立系统动力学模型,并通过快速傅里叶变换方法预估不规则波浪主频,设计满足最大功率策略的期望电流跟踪曲线;在此基础上,将常规PID、滑模控制方法与所提出的模糊滑模最大功率控制方法进行仿真对比,结果表明:模糊滑模控制方法在功率上有所提升且具有更好的准确性和稳定性。

直驱式伺服阀用四余度线性力马达磁力特性研究

为明确某直驱式伺服阀用四余度线性力马达的磁力特性,在采用解析法建立线性力马达磁路模型的基础上,基于Maxwell对其在静磁场下的磁路分布、衔铁受力、正常/故障下的衔铁位移-力特性进行分析。正常/故障下衔铁位移-力特性的对比表明:正常工作时两种结构具有一致的静态特性,故障模式下径向布局结构各线圈故障对力马达静态特性的影响相同,而轴向布局结构对力马达静态特性的影响则与故障线圈的位置有关。此外还对其在瞬态场下的频率特性和线圈间的感生电动势进行分析,结果表明:轴向布局结构比径向布局结构的四余度线性力马达幅频特性更高。对四余度线性力马达的磁力特性进行了详细分析,为其进一步的设计改进提供了参考。

基于电荷泵的压电致动器迟滞非线性改善研究

压电致动器在精密定位、微纳米测量等领域得到了广泛的应用,然而迟滞和非线性现象严重影响了其定位精度和性能。虽然电荷驱动的方法可以降低大部分迟滞,但仍存在较为明显的残余迟滞,尤其是电压工作范围较大时,压电致动器的迟滞呈现增大的趋势。基于残余迟滞的分析和计算,提出了一种用于电荷泵驱动的残余迟滞改进方法,研究了校正参数的推导方法,改善了经典电荷泵驱动的迟滞非线性。通过实验发现,在驱动电压范围为0~100 V、驱动频率为0.1~2 Hz时,相比经典电荷泵驱动的2.79%迟滞,改进后的电荷泵驱动方法可以将迟滞进一步降低至0.47%以下,比经典的电荷泵驱动方法降低了83%左右。所提方法在精密测量等领域具有较好的应用价值。

基于驾驶行为的隧道交通标志影响特征及作用机理

合理设置隧道交通标志能够在一定程度上缓解隧道特殊环境引发的“时空隧道效应”。文中研究了高速公路隧道内部交通标志(限速标志、出口预告标志)对驾驶行为的影响特性,首先选取特长隧道作为实验路段,通过驾驶模拟实验测试获取驾驶人细粒度微观行为数据,然后再考虑随机效应影响的条件下构建线性混合效应模型,揭示了隧道内部交通标志对驾驶行为的影响特征及作用机理。结果表明:不同影响区段内交通标志对驾驶行为的作用存在差异;在隧道内部设置限速标志能够一定程度上降低事故风险的发生概率,限速标志的重复设置一定程度上能提高驾驶人的操控能力;在隧道内部设置限速标志及出口距离预告标志有助于改善驾驶人空间控制能力、提高驾驶舒适度,其中,在距离隧道出口约小于1 km的影响区段内设置隧道出口距离预告标志有助于提高驾驶人的行车舒适性,在距离隧道出口2 km和1.5 km的影响区段内设置预告标志能在提高车辆控制能力的同时使驾驶人具有更高的行驶车速;此外,隧道交通标志作用下的驾驶行为受驾驶人性别、年龄、驾驶经验等特征属性影响,男性驾驶人的驾驶风险更低。

磁力耦合式直线驱动装置的建模与优化

针对传统机械系统难以完成密封环境中的驱动任务,提出了一种非接触式磁力耦合直线驱动装置,分析了不同优化方案的磁力特性.采用等效磁路法分别建立了水平驱动力和法向干扰力的解析模型,通过有限元瞬态仿真和实验测量对理论计算模型的准确性进行验证,应用该解析模型对不同优化方案的磁力特性进行对比分析.结果表明,所建立的解析模型与实验结果的误差较小,采用径向磁化圆柱形永磁体的双轮驱动方案最大驱动力提高近2倍,并消除了法向干扰力,在一定负载工况下可实现高效运行.

四轮独立转向无人车辆斜向行驶轨迹跟踪控制方法

针对四轮独立转向电动汽车转向系统成本高、但功能开发程度低的问题,提出一种车辆斜向行驶控制策略,优化四轮独立转向电动汽车换道过程中的行驶稳定性.基于四轮独立转向电动汽车横向、纵向二自由度车辆模型,提出一种横纵向耦合轨迹跟踪控制方法,该方法基于线性时变模型采用模型预测控制(MPC)算法,对横向偏差、航向角偏差及纵向速度偏差进行闭环控制.设计车辆稳定性控制器,包括横摆力矩控制器和转矩分配控制器,同时提高车辆轨迹跟踪精度和行驶稳定性.最后搭建Simulink/Carsim/Prescan联合仿真平台,对四轮独立转向电动汽车双移线工况进行模拟换道仿真,仿真结果证明了斜向变道的可行性和横纵向耦合轨迹跟踪控制方法的有效性.