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特定环境下低速无人车的路径规划与控制研究

特定环境下低速无人车的路径规划与控制研究

作者：朱景璐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

伴随着场景自动化程度的提高,以及无人驾驶技术的发展,机场也在向“智慧机场”发展。因此,将无人驾驶系统引入机场环境成为一种趋势。本文针对机场环境中的无人行李运输车,设计了路径规划和轨迹跟踪控制系统,旨在实现其安全自主行驶的... 详细信息

伴随着场景自动化程度的提高,以及无人驾驶技术的发展,机场也在向“智慧机场”发展。因此,将无人驾驶系统引入机场环境成为一种趋势。本文针对机场环境中的无人行李运输车,设计了路径规划和轨迹跟踪控制系统,旨在实现其安全自主行驶的功能。首先,结合课题背景,以激光雷达、相机、GPS、IMU为主要传感器,完成了无人行李运输车系统的硬件控制系统设计,介绍了全局坐标系、车体坐标系和激光雷达坐标系,并依据运输车的底盘特点建立了其运动学模型。其次,介绍了激光雷达的环境感知原理,将其用于测量障碍物的位置和方位。将路径点和B样条曲线相结合,生成了平滑的全局路径,经仿真验证了平滑后的全局路径更适合无人行李运输车的轨迹跟踪。对于静态障碍物,提出了障碍物扩充与B样条曲线相结合的避障方式,设计了局部路径规划器,仿真表明应用这种办法生成的局部路径能够很好的与全局路径相融合,保障了无人车的安全性和平稳性。然后,设计了积分分离PID控制器和基于纯追踪算法的控制器,用它们分别实现无人车的轨迹跟踪控制,并在几种基础路况上做了仿真实验。通过仿真结果比较了两种算法的特点和适用路况,考虑到机场环境特点,选择纯追踪法作为本次项目中无人行李运输车的轨迹跟踪控制器。最后,完成了系统仿真实验与分析,将路径规划和轨迹跟踪控制相结合,使无人行李运输车在模拟的机场环境中自主行驶,实验结果证实了本文所应用的算法是有效并且可行的。

关键词：无人行李运输车路径规划轨迹跟踪控制纯追踪算法三次B样条曲线

基于恒导纳法的DC/DC变换器建模仿真研究

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基于恒导纳法的DC/DC变换器建模仿真研究

作者：朱景璐中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

由DC/DC变换器等构建的直流变压系统,为光能、风能等可再生能源的灵活接入、安全运行以及优化配置提供了可靠的技术手段。对DC/DC变换器进行高精度的暂态实时仿真建模,是硬件在环(Hardware-in-the-loop,HIL)暂态实时仿真平台开发的基础... 详细信息

由DC/DC变换器等构建的直流变压系统,为光能、风能等可再生能源的灵活接入、安全运行以及优化配置提供了可靠的技术手段。对DC/DC变换器进行高精度的暂态实时仿真建模,是硬件在环(Hardware-in-the-loop,HIL)暂态实时仿真平台开发的基础,对电力系统的模块化设计以及外部控制系统的研发具有重要意义。为了对工程中DC/DC变换器进行有效、准确的仿真建模,本文主要进行了以下四个方面的工作和研究。(1)对于新能源电力系统中除开关外常见的动态元件,从计算速度以及数值稳定性等方面综合考虑,本文选择一阶后退欧拉法作为动态元件的数值离散方法。本文以一阶后退欧拉法为基本离散方法,结合各类元件的工作原理和伏安特性,经公式推导得到了基本无源元件和中高频变压器的诺顿等效模型。(2)对于开关元器件,从存储资源消耗以及系统的计算速度方面综合考虑,本文选用伴随离散电路(Associated Discrete Circuit,ADC)模型。因为ADC模型的系统导纳矩阵在开关动作前后保持恒定,因此这种建模方法又被称为恒导纳法。恒导纳建模法通过预存储系统导纳逆矩阵的方式,较好的缓解了仿真模型的底层存储压力以及计算规模压力。对于传统的ADC模型存在的缺陷,即存在着虚拟能量损耗以及开关电压、电流振荡等问题,本文通过交错初始化技术较好的抑制了虚拟能量损耗的产生以及开关电压、电流的振荡。(3)为了验证本文推导模型的正确性,本文以改进的节点电压分析法(MNA)为基本框架,对带有DC/DC变换器的光伏直流并网模块以及新能源电力系统中常见的DC/DC变换器进行了暂态实时仿真建模。(4)本文用C语言对ADC模型进行编程,并借助SIMULINK中的S-Function模块与控制系统相连形成闭环的仿真模拟系统。最后,本文将ADC模型仿真与SIMULINK中Sim Power System(SPS)仿真进行波形对比和数据分析,验证了本文恒导纳建模方法的正确性和有效性。

关键词： DC/DC变换器恒导纳法 ADC模型暂态实时仿真建模

一种基于快速傅里叶建模方法的开关磁阻电机模型预测控制

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中国电机工程学报 2024年第14期44卷 5764-5775,I0028页

作者：任萍朱景伟赵燕荆哲许爱德大连海事大学船舶电气工程学院辽宁省大连市116026 大连海事大学信息科学技术学院辽宁省大连市116026

为快速准确地建立开关磁阻电机模型,提高模型预测控制性能,该文提出一种基于快速傅里叶建模方法的模型预测控制策略。一方面采用傅里叶级数对磁链和转矩特性进行解析建模,并推导转矩预测模型;另一方面结合分扇区的思想控制电机换相进而... 详细信息

为快速准确地建立开关磁阻电机模型,提高模型预测控制性能,该文提出一种基于快速傅里叶建模方法的模型预测控制策略。一方面采用傅里叶级数对磁链和转矩特性进行解析建模,并推导转矩预测模型;另一方面结合分扇区的思想控制电机换相进而简化代价函数,并在每个扇区内只设计两个预选电压矢量,有效减小了预测控制的计算负担。另外,扇区的位置和宽度可根据转速和负载的变化而变化,增强了算法的适用性。仿真和实验与传统的模型预测控制方法进行对比,并考虑到低、高速以及转速和负载突变的不同工况,结果表明所提算法的转矩脉动更低,转矩电流比更高。

关键词：开关磁阻电机(SRM) 预测转矩控制非线性建模转矩脉动扇区位置和宽度计算

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地震烈度仪对卷积神经网络模型地震预警震级估计的影响

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哈尔滨工业大学学报 2024年第6期56卷 81-90页

作者：朱景宝宋晋东李山有地震工程与工程振动重点实验室(中国地震局工程力学研究所) 哈尔滨150080 地震灾害防治应急管理部重点实验室哈尔滨150080

为探索地震烈度仪对卷积神经网络模型地震预警震级估计的影响,以2022年中国发生的5次破坏性地震(M_S≥5.8)为例,将地震数据应用到卷积神经网络震级估计模型中,分析引入烈度仪地震数据后的震级估计。结果表明:在P波到达后3 s,烈度仪和强... 详细信息

为探索地震烈度仪对卷积神经网络模型地震预警震级估计的影响,以2022年中国发生的5次破坏性地震(M_S≥5.8)为例,将地震数据应用到卷积神经网络震级估计模型中,分析引入烈度仪地震数据后的震级估计。结果表明:在P波到达后3 s,烈度仪和强震仪的单台震级估计误差主要分布在±1震级单位范围内;对于震中距100 km以内的数据,在P波到达后10 s内,与强震仪相比,烈度仪震级估计误差均值更接近0;对于信噪比小于20的数据,强震仪震级估计误差均值比烈度仪的震级估计误差均值更接近0,且烈度仪有更大震级估计误差的不确定度。此外,对于这5次地震,与强震仪相比,烈度仪的数量更多、分布更密,引入烈度仪地震数据后,卷积神经网络模型更快地获得鲁棒的震级估计。研究结果为地震烈度仪在卷积神经网络震级估计模型中的适用性提供了依据,也为地震预警系统震级估计提供参考。

关键词：地震预警卷积神经网络震级估计地震烈度仪破坏性地震

永磁容错游标轮缘推进电机改进模型预测转矩控制

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控制理论与应用 2024年第5期41卷 923-930页

作者：安达朱景伟李想乔田怀郑杰阳大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026

为提高永磁容错游标轮缘推进电机(FTPMV-RDM)在正常状态和一相开路故障状态下的控制性能,本文提出了一种基于电压矢量预选的改进模型预测转矩(MPTC)控制方法.针对六相独立H桥逆变器提供的备选电压矢量数量多导致MPTC系统计算量大的问题... 详细信息

为提高永磁容错游标轮缘推进电机(FTPMV-RDM)在正常状态和一相开路故障状态下的控制性能,本文提出了一种基于电压矢量预选的改进模型预测转矩(MPTC)控制方法.针对六相独立H桥逆变器提供的备选电压矢量数量多导致MPTC系统计算量大的问题,首先,采用直接转矩控制中利用转矩、磁链误差及定子磁链位置信息确定预选电压矢量,减少MPTC系统中电压矢量的枚举次数.然后,利用价值函数进行二次筛选得到最优电压矢量.为了实现开路故障下的容错控制,提出了一种更换备选电压矢量表的开路故障容错控制策略.实验结果表明,基于电压矢量预选的FTPMV-RDM模型,本文预测转矩控制算法能够在无故障和一相开路故障下抑制电流畸变,进而有效降低转矩和磁链脉动.

关键词：永磁容错游标轮缘推进电机模型预测转矩控制容错控制电压矢量预选

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宽光谱共轭小分子在太阳能海水淡化与热电发电中的应用

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南方能源建设 2024年第4期11卷 23-30页

作者：朱景帅邱肖盼中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 深圳大学材料学院广东深圳518060

[目的]为解决太阳能海水淡化器件成本高、制备工艺复杂的难题,选择具有重量轻、成本低、合成及提纯工艺简单等优点的有机小分子光热材料作为太阳能吸收材料。[方法]利用1种有机共轭小分子Y6,与低成本的纤维素纸结合,制备了在350~1 000 n... 详细信息

[目的]为解决太阳能海水淡化器件成本高、制备工艺复杂的难题,选择具有重量轻、成本低、合成及提纯工艺简单等优点的有机小分子光热材料作为太阳能吸收材料。[方法]利用1种有机共轭小分子Y6,与低成本的纤维素纸结合,制备了在350~1 000 nm范围内宽光谱吸收的高光热转换性能的Janus结构水蒸发器。[结果]蒸发器的下表面具有高效的水粘附性,利于高速集水,而蒸发器的上表面具有拒水性,能够达到理想的自漂浮能力。并且每3.14cm^(2)的器件仅需0.5 mg光热材料就能实现超过70℃的温度,节约用料优势明显。[结论]在1.0 kW/m^(2)太阳光辐照下,基于Y6的蒸发器的光热能量转换效率为64.4%,蒸发速率高达1.13 kg/(m^(2)·h),明显高于对照的纤维素纸蒸发器。经过太阳能蒸发脱盐后,得到的纯化水的离子浓度相比于初始的模拟海水显著降低4~6个数量级。该蒸发器与热电器件集成,在1.0 kW/m^(2)太阳光照射下,蒸发速率达到1.02 kg/(m^(2)·h),同时还产生了55 mV的输出电压。研究结果表明,基于有机小分子Y6的太阳能蒸发器,在光热水净化和热电发电协同作用方面具有良好的应用前景。

关键词：太阳能利用光热材料有机共轭小分子海水淡化热电发电

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基于双滑模控制器的开关磁阻电机调速策略

中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4501-4512,I0028页

作者：任萍朱景伟赵燕刘银萍荆哲张书宽大连海事大学船舶电气工程学院辽宁省大连市116026 特种电机与高压电器教育部重点实验室(沈阳工业大学) 辽宁省沈阳市110870

针对开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)传统滑模控制方法响应速度慢、抖振大且鲁棒性差的问题,该文提出一种基于双滑模控制器的开关磁阻电机调速策略。首先,设计全局积分滑模速度控制器(global integral sliding model speed... 详细信息

针对开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)传统滑模控制方法响应速度慢、抖振大且鲁棒性差的问题,该文提出一种基于双滑模控制器的开关磁阻电机调速策略。首先,设计全局积分滑模速度控制器(global integral sliding model speed controller,GISMSC),消除系统到达滑模面的过程,提高响应速度和鲁棒性,并通过改进趋近律来减小滑模抖振;其次,设计扰动滑模观测器(disturbance sliding mode observer,DSMO),对负载和未知扰动进行观测,并前馈补偿至全局积分滑模速度控制器中,进而复合构成双滑模速度控制器,并将其作为速度外环与模型预测控制(model predictive control,MPC)相结合,减小转矩脉动的同时提升其调速性能;最后,仿真和实验考虑到转速和负载突变以及电机参数失配等情况,结果表明,所提方法不仅提高了系统调速性能,减小了转矩脉动,而且克服了电机内部参数变化和外部扰动的影响,使系统具备更强鲁棒性。

关键词：开关磁阻电机全局积分滑模速度控制器扰动滑模观测器模型预测控制

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基于自适应滑模观测器的永磁容错游标轮缘推进电机无位置传感器控制系统

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大连海事大学学报 2024年

作者：张霄震朱景伟龙腾大连海事大学船舶电气工程学院保定天威保变电气股份有限公司

为了提高永磁容错游标轮缘推进电机(FTPMV-RDM)无位置传感器控制系统的控制性能，对该系统的速度控制器和转子位置估计算法进行研究。速度环采用快速超螺旋滑模控制器（FSTA）以减少传统滑模控制器存在的抖振现象。采用自适应滑模观测器... 详细信息

为了提高永磁容错游标轮缘推进电机(FTPMV-RDM)无位置传感器控制系统的控制性能，对该系统的速度控制器和转子位置估计算法进行研究。速度环采用快速超螺旋滑模控制器（FSTA）以减少传统滑模控制器存在的抖振现象。采用自适应滑模观测器(ASMO)估计转子位置以提高位置估计精度。在Matlab/Simulink环境下搭建了FTPMV-RDM无位置传感器控制系统的仿真模型，仿真结果表明，本文提出的控制方法可以在无故障和一相开路故障时准确估计FTPMV-RDM的转速与转子位置信息，并且系统具有良好的动静态性能。

关键词：永磁容错游标轮缘推进电机自适应滑模观测器无位置传感器控制快速超螺旋算法

基于六相静止坐标系的永磁容错轮缘推进电机模型预测电流控制

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：朱景伟李想安达陈思刘咏涵大连海事大学船舶电气工程学院

针对六相永磁容错轮缘推进电机在应用传统模型预测电流控制策略时存在计算量大、容错控制策略复杂，电机转矩脉动大的问题，提出一种基于六相静止坐标系的模型预测电流控制策略。在固定采样频率下，通过当前时刻转子位置、转速和故障容... 详细信息

针对六相永磁容错轮缘推进电机在应用传统模型预测电流控制策略时存在计算量大、容错控制策略复杂，电机转矩脉动大的问题，提出一种基于六相静止坐标系的模型预测电流控制策略。在固定采样频率下，通过当前时刻转子位置、转速和故障容错控制策略计算出六相定子电流给定值，进而在六相静止坐标系下对六相电流独立的进行2轮预测，通过价值函数寻优确定六相H桥逆变电路的最优开关状态组合，实现对六相永磁容错轮缘推进电机的模型预测电流控制。结果表明：本文提出的基于六相静止坐标系的模型预测电流控制策略具有算法简单、无故障和开路故障下电机转矩脉动小的优点，同时兼顾了传统模型预测电流控制算法动态响应快的特点。

关键词：永磁容错轮缘推进电机六相静止坐标系模型预测电流控制 H桥逆变器容错控制