无人车运动稳定性的模糊神经网络PID控制

受转向或侧向风影响,无人驾驶车在运行的过程中易产生失稳.采用了模糊神经网络PID算法,将系统输出偏差的变化量,经模糊化后输入到神经网络PID控制器中,对车辆的质心侧偏角、横摆角速度进行调整,达到控制车辆平稳运行的目的.在不同的工况下对算法的有效性进行了试验分析.结果表明,该算法使系统响应超调减少,反应时间加快,具有较强的抗干扰性.

舰船在水平面运动中非线性模型的建立

在选择了描述船舶运动坐标系的前提下,根据刚体动力学理论和牛顿第二运动定律,推导了舰船六自由度的非线性模型,并在此基础上建立了舰船在水平面中的非线性运动模型。同时,根据平稳随机过程理论对海浪的分析可知,利用白噪声驱动所设计的成形滤波器,能够获得海浪干扰的数学模型。上述模型既能很好地反映舰船的水动力特性,又能与原始波浪力、力矩相吻合,由此证明了模型的正确性。

基于开环补偿的飞机偏航角控制系统设计及仿真

飞机侧向姿态运动的有关侧向力、力矩具有较强耦合性,且基于副翼、方向舵对侧向运动实施控制,侧向运动这些特点必然导致侧向控制系统设计的复杂性。为设计飞机偏航角侧向姿态控制系统,首先,基于飞机侧向运动的动力学方程组,建立了飞机侧向姿态控制系统全面运动结构图;然后,在分析全面运动结构图基础上,基于开环补偿原理,设计了一种飞机偏航角侧向姿态控制系统,即通过引入交叉传动比,将滚转通道的γ信号引入偏航通道,通过调节来实现基本协调转弯的控制结构方案;最后,在Matlab平台下,对所设计的飞机偏航角侧向姿态控制系统进行了大量仿真研究。仿真结果显示,通过调节可减弱飞机滚转运动和偏航运动的耦合影响,基于开环补偿的飞机偏航角侧向姿态控制系统是合理可行的。

电子稳定控制系统中横摆与侧翻控制综述

电子稳定控制系统(以下简称稳定控制系统)是当下乘用车装备较为普遍的主动安全控制系统,基础的稳定控制系统主要监控车辆的横摆,当目标横摆与实际横摆的差值的绝对值大于横摆门限时系统激活,通过制动将车辆的横摆控制在驾驶员可接受范围内,从而修正车辆的过度和不足转向。但对于静态稳定系数较小、悬架调教偏向舒适性的SUV车辆,在极限工况下,基础的系统仅能修正车辆横摆但不能抑制侧翻,因此需要增加防侧翻功能。防侧翻功能主要监控方向盘转角的速率、横向加速度的变化率、横摆角速度变化率等。防侧翻功能依据摩擦圆原理,通过增大轮胎与地面之间的纵向力来削弱横向力,进而削弱横向加速度,最终实现抑制车辆侧翻。

四旋翼无人机的偏航抗饱和与多模式PID控制

四旋翼无人机偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,因此在偏航运动上更容易出现执行器饱和.特别在外界干扰下,偏航常常出现饱和现象,对此从实际工程出发提出了一种多模式PID(MMPID)控制器,抑制偏航饱和,并保证在外界干扰情况下具有较好的偏航控制性能.首先,根据四旋翼无人机的动力学模型,设计了基于MMPID的偏航控制器.MMPID算法具有多模式特性,在满足一定条件时采取退饱和控制策略.其次,利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于MMPID的偏航控制系统的稳定性.最后,通过四旋翼无人机偏航仿真实验比较了MMPID与变结构PID算法的抗饱和性能与偏航控制性能,结果表明MMPID算法具有明显的控制性能优越性.并且,通过四旋翼原型机实验验证了MMPID偏航控制器的有效性和鲁棒性.实验结果表明:在室内无干扰情况下,基于MMPID的偏航系统基本无执行器饱和现象,最终偏航角误差收敛到±0.05 rad;在室内加入干扰情况下,执行器退出饱和时间约10 s,偏航角误差收敛到±0.08 rad;在室外,偏航退饱和时间约5 s,偏航误差收敛到±0.13 rad.MMPID控制器有效地抑制了四旋翼无人机偏航运动上的执行器饱和,并可实现准确的偏航姿态控制和强鲁棒性.

共轴八旋翼无人飞行器的偏航静态抗饱和补偿控制

设计了一种共轴八旋翼无人飞行器,与四旋翼飞行器相比,其具有更大的驱动能力、更强的带载能力和一定的冗余能力.首先,建立了飞行器的动力学模型.针对共轴八旋翼飞行器偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,偏航容易出现执行器饱和现象的问题,从实际工程出发提出了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器.线性自抗扰算法易于工程调节,能够实时估计与补偿外界扰动.静态抗饱和补偿器不增加系统阶次,有效抑制偏航执行器饱和.利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和偏航控制系统的稳定性.最后,通过共轴八旋翼飞行器的仿真实验与原型机比较实验验证了算法的有效性与鲁棒性.原型机实验结果表明:在室内固定干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为4 s,偏航角误差收敛到±0.085 rad;在室外变干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为9 s,偏航角误差收敛到±0.127 rad.基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器在外界干扰情况下能够有效地抑制执行器饱和,具有良好的偏航控制性能与强鲁棒性.