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不平路面全方位移动机器人智能控制技术的研究

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中国科学：技术科学 2017年第5期47卷 463-471页

作者：蒋澄灿芮延年苏州大学机电系苏州215021

对于不平路面全方位移动机器人,其运动过程时变和突变控制问题一直困扰着研究人员.本文利用自适应控制技术精度高、可拓控制技术反应速度快,将其二者结合起来,对不平路面三轮式全方位移动机器人进行自适应可拓智能控制.通过研究首先构... 详细信息

对于不平路面全方位移动机器人,其运动过程时变和突变控制问题一直困扰着研究人员.本文利用自适应控制技术精度高、可拓控制技术反应速度快,将其二者结合起来,对不平路面三轮式全方位移动机器人进行自适应可拓智能控制.通过研究首先构建了三轮式全方位移动机器人运动学和动力学模型,构建了一种自适应可拓智能控制方法,对自适应可拓智能控制器进行了设计,并进行了实验研究.实验结果表明,三轮式全方位移动机器人采用自适应可拓智能控制技术与自适应控制技术相比,具有控制精度高、反应速度快、自组织和自学习能力强的特点,能较好地满足不平路面三轮式全方位移动机器人运动要求.

关键词：三轮式全方位移动机器人自适应控制可拓控制自适应可拓智能控制

基于可拓理论的汽车主动悬架系统H_∞控制与优化

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汽车工程 2016年第11期38卷 1382-1390页

作者：汪洪波林澍孙晓文杨柳青陈无畏合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥230009

本文中在汽车主动悬架系统H_∞控制的基础上,建立其H_∞可拓控制器,并利用Matlab/Simulink软件对被动悬架和两种不同控制下的主动悬架系统进行对比仿真。结果表明,H_∞可拓控制可提高H_∞控制的鲁棒性,改善了汽车悬架控制性能和汽车乘... 详细信息

本文中在汽车主动悬架系统H_∞控制的基础上,建立其H_∞可拓控制器,并利用Matlab/Simulink软件对被动悬架和两种不同控制下的主动悬架系统进行对比仿真。结果表明,H_∞可拓控制可提高H_∞控制的鲁棒性,改善了汽车悬架控制性能和汽车乘坐舒适性。最后,通过实时动态调整可拓控制系数,进一步提高了主动悬架的控制性能。

关键词：主动悬架 H∞控制可拓控制参数摄动

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海浪干扰环境下UUV近水面深度控制

智能系统学报 2014年第4期9卷 407-412页

作者：徐大伟吴迪侯恕萍赵玉飞海军驻锦州地区军事代表室辽宁锦州121000 哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

由于在强耦合条件下,积分变结构控制的极点配置问题十分复杂。为了研究了无人水下航行器(UUV)近水面深度控制问题,在积分变结构控制器的设计之中加入了可拓控制理论,为UUV深度控制系统设计了可拓积分变结构控制算法,在解决极点配置问题... 详细信息

由于在强耦合条件下,积分变结构控制的极点配置问题十分复杂。为了研究了无人水下航行器(UUV)近水面深度控制问题,在积分变结构控制器的设计之中加入了可拓控制理论,为UUV深度控制系统设计了可拓积分变结构控制算法,在解决极点配置问题的同时提高了控制器的鲁棒性。同时,在UUV近水面航行时,海浪引起的深度变化对其运动控制产生了严重的影响,主要表现为在舵的剧烈抖动与磨损、能源的不必要消耗等。针对此问题,采用了非线性输出干扰观测器估计海浪带来的深度方向的干扰,并结合李亚普诺夫理论证明了其稳定性。最后,将所设计的可拓积分变结构控制器与估计得到的海浪干扰应用在UUV仿真系统中,结果证明了方法的有效性与工程实际意义。

关键词：无人水下航行器干扰观测器变结构控制可拓控制海浪干扰深度控制方法

基于可拓学的无人机助推火箭自调整机构的设计与实现

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测控技术 2012年第8期31卷 133-136页

作者：刘长亮丁方正高飞殷少锋鲍传美李纯军郭相武汉军械士官学校无人机系机电教研室武汉军械士官学校训练部总装备部军械技术研究所中国人民解放军71521部队64分队

对无人机火箭助推起飞问题进行了分析,用形式化的方法明确了研究对象,建立了助推火箭自调整的可拓学模型,通过可拓变换确立了检测量与控制量,并以此为基础设计了可拓控制器,给出了其构建的具体方法并在Matlab中进行了仿真验证。结果表明... 详细信息

对无人机火箭助推起飞问题进行了分析,用形式化的方法明确了研究对象,建立了助推火箭自调整的可拓学模型,通过可拓变换确立了检测量与控制量,并以此为基础设计了可拓控制器,给出了其构建的具体方法并在Matlab中进行了仿真验证。结果表明,基于可拓控制的无人机助推火箭自调整机构具有响应速度快、稳定优秀以及适应能力强等特点。

关键词：无人机助推火箭可拓分析自调整可拓控制

复杂弯曲道路环境下智能车辆轨迹跟踪鲁棒控制研究

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复杂弯曲道路环境下智能车辆轨迹跟踪鲁棒控制研究

作者：陈文斌重庆交通大学

学位级别：硕士

智能车辆是集环境感知、决策规划和智能控制于一体的高新技术综合体,它可以显著提升车辆安全性能、缓解交通拥堵、降低能耗。弯曲道路作为一种常见的道路场景,存在道路结构参数不确定性等问题。智能车辆在这种环境下进行轨迹跟踪时,会... 详细信息

智能车辆是集环境感知、决策规划和智能控制于一体的高新技术综合体,它可以显著提升车辆安全性能、缓解交通拥堵、降低能耗。弯曲道路作为一种常见的道路场景,存在道路结构参数不确定性等问题。智能车辆在这种环境下进行轨迹跟踪时,会对跟踪效果造成影响。因此,研究智能车辆在复杂弯道环境下的轨迹跟踪控制策略能够有效提升其轨迹跟踪的性能。结合道路交通安全公安部重点实验室开放基金项目（2021ZDSYSKFKT08）的相关研究内容,以提高智能车辆在弯道环境下轨迹跟踪的精确性和行驶稳定性为目标,提出复杂弯道环境下智能车辆轨迹跟踪鲁棒控制策略,并进行了仿真实验验证。具体研究内容如下:（1）车辆动力学建模及道路关键参数估计。首先建立车辆弯道行驶动力学模型,推导出影响车辆侧偏和侧滑的主要道路参数为道路曲率和路面附着系数。在不同路面附着系数和道路曲率下仿真分析,得出上述因素会影响车辆行驶稳定性、跟踪性以及弯道行驶车速,而车速又会影响车辆弯道行驶特性,因此根据路面附着系数和道路曲率建立弯道车速决策模型,并验证其可靠性。考虑到上述道路因素不仅对弯道行驶速度有较大影响,而且还会影响智能车辆的轨迹跟踪性能,有必要对其量化。由轮胎动力学模型及弯道转向运动学模型建立扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）对上述道路参数估计。仿真结果表明,该估计方法准确性较好,估计结果能为后文可拓区域划分及弯道行驶车速决策提供参数依据。（2）基于ESO-MPC的主动前轮转向和自抗扰横摆力矩控制轨迹跟踪控制。为了提高控制器在复杂弯道下的轨迹跟踪性能,分别提出基于扩展状态观测器与模型预测控制（Modle Predict Control,MPC）相结合的主动前轮转向轨迹跟踪鲁棒控制策略,以及自抗扰（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）横摆力矩控制策略。其中,ESO-MPC的主动前轮转向控制器中,根据误差动力学模型设计扩张状态观测器来实时估计车辆跟踪过程中受到的总干扰,采用鲸鱼优化算法（Whale Optimization Algorithm,WOA）对ESO中的参数进行优化,使其获得最优性能,并运用MPC理论,对预测时域内进行多目标优化,利用估计出的干扰值对控制量进行前馈补偿,得到智能车辆在复杂弯曲道路动态干扰下的最优前轮转角控制量。再将估计得到的路面附着系数和道路曲率代入弯道车速决策模型得到行驶车速,并进行跟踪控制。在自抗扰横摆力矩控制器中,可通过估计的道路半径计算得到参考横摆角速度,并利用其设计一阶自抗扰横摆力矩控制器,计算出维持车辆稳定行驶所需的最优力矩,保证智能车辆在复杂弯道工况下具有较好的跟踪能力。最后分别仿真验证所设计的控制策略有效性。（3）基于可拓理论的AFS和DYC轨迹跟踪鲁棒协调控制。为了提高智能车辆在复杂弯曲道路下轨迹跟踪性能及减小入弯和出弯时的抖动,将设计的ESOMPC主动前轮转向控制器与ADRC横摆力矩控制器相结合,并基于可拓理论建立动态协调分层控制体系。上层体系中根据车辆跟踪控制相关状态量建立可拓控制器,得到可拓集合和关联函数,再将车辆状态量实时映射到可拓控制中的稳定域、可拓域、非域三个区域中,其区域会随着估计出的附着系数和曲率实时变化;下层体系中三个区域分别对应相应的控制策略,根据上层识别结果实时切换控制策略,并利用关联函数和sigmoid权重函数确定各控制策略的权重。在设定的极限弯道工况下,仿真验证该控制策略的有效性。

关键词：智能车辆轨迹跟踪扩张状态观测器模型预测控制可拓控制

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基于可拓逻辑的神经网络控制研究

基于可拓逻辑的神经网络控制研究

作者：李素敏郑州大学

学位级别：硕士

可拓学是一门新的学科，它是用形式化的工具，从定性和定量两个角度去研究解决矛盾问题的规律和方法。它的理论支柱是物元理论和可拓集合理论，其逻辑细胞则是物元。它用于研究现实中的不相容问题，有广泛的应用范围，在创造性思维、决... 详细信息

可拓学是一门新的学科，它是用形式化的工具，从定性和定量两个角度去研究解决矛盾问题的规律和方法。它的理论支柱是物元理论和可拓集合理论，其逻辑细胞则是物元。它用于研究现实中的不相容问题，有广泛的应用范围，在创造性思维、决策方法制定、人工智能等许多方面有较好的应用可能性。神经网络控制是80年代以来，在人工神经网络研究取得突破性进展的基础上发展起来的自动控制领域的学科之一。它是智能控制的一个分支，为解决复杂的非线性、分散性和不确定性系统的控制问题开辟了一条新的途径。神经网络控制在很多控制系统中取得了很好的控制效果，但是在用神经网络进行控制的过程中，不可避免地出现了很多相互矛盾的问题。而可拓学的研究对象就是客观世界中的矛盾问题，所以神经网络控制与可拓学的相互结合就成了顺理成章的事了。本论文利用可拓逻辑的方法具有解决矛盾问题和不相容问题能力的特点，针对种类繁多和特色各异的用于控制的神经网络建立了神经网络物元模型，并进行了优度评判，研究成果对用于控制的神经网络的选择和设计具有指导意义。本文做的主要工作如下： (1) 深入研究了可拓学以及神经网络控制的相关理论，提出了把可拓学理论与神经网络控制相结合的思想;(2) 建立了神经网络物元模型，并详细分析神经网络物元的可拓性以及基本的物元变换;(3) 详细讨论了几种常用的神经网络物元及其相互之间的关系;(4) 构建了神经网络控制系统性能指标物元模型，并根据性能指标物元的要求利用可拓学的物元变换理论与菱形思维方法对神经网络控制器进行优化选择，对满足控制性能指标物元的多个神经网络控制器物元进行优度评价。 (5) 利用可拓学理论结合仿真算例改进了一类可逆系统逆模式神经网络控制的控制性能。 (6) 认真研究了可拓控制，通过仿真算例对可拓控制与几种神经网络控制进行了比较分析，得出了对慢时变非线性系统可拓控制比神经网络控制效果要好的结论。

关键词：物元模型可拓逻辑菱形思维可拓控制神经控制

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燃料电池发电系统的控制研究

燃料电池发电系统的控制研究

作者：程祥钊山东大学

学位级别：硕士

燃料电池是一种新型的绿色能源,与传统化石能源相比,具有无污染、零排放、系统可靠性高、环境适应能力强、功率密度高的优势。因燃料电池具有的上述优势,在汽车、航天、军事等各领域有着广泛的应用。随着燃料电池性价比的提高和性能的优... 详细信息

燃料电池是一种新型的绿色能源,与传统化石能源相比,具有无污染、零排放、系统可靠性高、环境适应能力强、功率密度高的优势。因燃料电池具有的上述优势,在汽车、航天、军事等各领域有着广泛的应用。随着燃料电池性价比的提高和性能的优化,燃料电池将有着巨大的市场潜力。质子交换膜燃料电池(简称PEMFC,Proton exchange membrane fuel cell)相比于其它类型的燃料电池具有电能转化效率高、无废弃物排放、工作环境要求低的优点,因此它主导了当前的燃料电池应用市场。虽然,燃料电池相比于其它形式的新能源发电方式存在着较多的优势。不容忽视的是,燃料电池同样存在缺陷,如电气输出特性偏软,当负载功率输出波动时,燃料电池的能量转换效率和工作寿命会降低或减少。因此,克服燃料电池存在的上述缺陷,提升燃料电池的动、静态输出特性成为燃料电池应用过程中的关键问题。结合燃料电池应用过程中存在的问题,论文将进行如下主要工作是:立足改善或克服燃料电池的缺陷,对燃料电池发电系统的优化、控制进行研究。进行燃料电池研究的基础是建立电池的数学模型,首先在分析燃料电池工作原理、电化学特性的基础上,建立PEMFC系统的输入输出动态响应数学模型。通过对比模型仿真后得到的响应曲线与PEMFC实验测量的响应曲线,证实模型与PEMFC实际的动态特性基本保持一致,也就是说,构建的PEMFC系统模型可以有效地反映PEMFC系统性能的动态变化。进行此项研究的目的是为后续燃料电池的扩展研究奠定理论基础。在研究分析燃料电池的伏安特性时发现:最大功率输出定律适用于燃料电池。基于此理论,应用了燃料电池的最大功率输出控制算法。应用算法的基础是将燃料电池与变换器等效为电压源。等效电压源在应用最大功率输出算法后,在仿真实验过程中,可以实现在负荷变化情况下始终让燃料电池保持在最大功率输出状态。采用的控制算法可以较为准确、快速的适应负载的变化情况使燃料电池的输出始终保持在最大功率输出状态。最大功率跟踪控制算法可以降低燃料电池的使用成本,提升燃料电池的使用价值。基于可拓控制具备优良的动态品质和精确的控制效果,为改善燃料电池发电系统的输出动态特性,将可拓控制算法应用到燃料电池的输出控制中,验证算法对燃料电池系统的动态响应能力的改善情况。通过仿真对比发现可拓控制与模糊PID控制相比,具有较好的调节能力和动态特性。

关键词：燃料电池数学模型最大功率控制可拓控制

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基于可拓理论的地铁施工灾害预警模型研究

基于可拓理论的地铁施工灾害预警模型研究

作者：王兴华天津理工大学

学位级别：硕士

随着中国城市交通现代化的飞速发展,城市轨道交通也进入快速发展时期。地铁作为城市轨道交通的重要组成部分,其建设规划和安全施工状态也越来越受到人们的关注。由于其施工多技术的交叉性、复杂性和施工环境的特殊性决定了地铁建设项目... 详细信息

随着中国城市交通现代化的飞速发展,城市轨道交通也进入快速发展时期。地铁作为城市轨道交通的重要组成部分,其建设规划和安全施工状态也越来越受到人们的关注。由于其施工多技术的交叉性、复杂性和施工环境的特殊性决定了地铁建设项目的高风险性,故1990年以后,中国城市地铁发生了数起重大损失事故。地铁施工灾害的预测与控制成为人们关注的焦点。为了更有效的预防地铁施工事故的发生,本文运用对比法、文献综述法、RBS等方法,在分析以往地铁施工灾害事故预警系统的基础上,基于可拓理论的视角,从预警的具体流程出发,建立预警基础数据库,分析警情,最终得到预测结果,具体内容如下:首先对地铁施工安全管理现状进行了论述,阐明当前地铁施工安全管理任务的严峻现象。并在此基础上,分析了现有的地铁施工安全管理理论,包括KPI安全绩效管理体系、OHSAS理论、事件树方法等,指出了现有地铁施工安全管理理论对灾害事前监测、控制不足,提出了建立地铁施工灾害预警系统的必要性。第二部分对灾害科学研究理论、系统科学理论、安全评价理论、预警理论及可拓理论等预警基础理论进行综述,为预警模型的建立奠定理论基础。同时结合地铁施工灾害特点,对现有的预警方法,包括常规方法、数学模型与逻辑分析方法、人工智能方法与可拓理论方法进行比较、评价,确定可拓方法在地铁施工预警中应用的必要性和可行性。第三部分首先对地铁施工灾害预警系统的基本内涵给予定义,为地铁施工灾害预警模型建立概念框架。然后沿预警流程“明确警情-寻找警源-分析警兆-建立预警指标体系-确定警限”,建立地铁施工灾害预警基础数据库,包括常见主要灾害警情、指标体系和警限数据库等。并在此基础上,基于可拓理论方法,针对警情状况建立可拓模型,通过关联度判定,最终确定警情的状态——预发生事故类型和事故所处警级。最后,案例分析,运用可拓预警模型对某地铁线A路车站基坑施工灾害进行警情分析,论证了本文建立的预警模型。

关键词：预警事故诊断可拓控制可拓理论

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基于可拓逻辑的蚕种催青控制系统设计

基于可拓逻辑的蚕种催青控制系统设计

作者：尹毅南昌大学

学位级别：硕士

蚕种催青是蚕桑生产中的一项重要工作，催青质量的优劣，直接关系到蚕茧产量的高低。蚕种催青质量主要取决于催青控制设施能否提供最佳的人工气候环境，即能否提供最佳的温湿度环境。适宜的蚕室环境条件，可增强蚕儿体质，抑制其小环境... 详细信息

蚕种催青是蚕桑生产中的一项重要工作，催青质量的优劣，直接关系到蚕茧产量的高低。蚕种催青质量主要取决于催青控制设施能否提供最佳的人工气候环境，即能否提供最佳的温湿度环境。适宜的蚕室环境条件，可增强蚕儿体质，抑制其小环境内病原物的繁殖，降低发病率，提高茧的产量。温度条件对蚕的生长发育影响最大。一方面是因为蚕在不同的发育时期对温度的要求不同，蚁蚕期的适温为26—28℃，而大蚕期则为23—25℃，温度适合能使蚕更加健壮，提高抵抗疾病的能力。另一方面，温度还影响到蚕茧丝的粗细，通常是温度高蚕吐丝快茧丝细，温度低则茧丝粗。所以温度的控制直接影响到蚕的产量。本文从全新的思路出发，采用可拓控制与PID控制相结合的方式。其关键问题是可拓控制器的设计。本文主要包括六个方面的内容，一是概述，主要介绍课题的意义和控制理论国内外的发展现状和趋势。二是介绍中国养蚕业的发展。三是系统地介绍可拓学的理论框架、可拓集合论、物元的概念、物元变换的理论，并引入了关联函数这一重要概念。四就接着介绍了可拓控制的基本概念和可拓控制器的结构和原理。五是有关数据采集部分硬件设计。主要讲述西门子S7—200系列PLC，JWS温、湿度变送器。六是可拓控制算法、PLC程序和上位机软件设计。根据温湿度控制的要求，本系统完成了基于现场总线技术，集检测、控制和管理等功能于一体的蚕室温湿度控制系统的开发。整个系统采用二级计算机控制方式，基础自动化级采用西门子公司S7-200系列PLC，实现了对蚕室温度和湿度双重目标的控制。监控级为台湾研华生产的工业控制机，完成对系统的组态、监控、报警、制表等功能。系统软件操作简便，画面动感直观。实践证明可拓控制与PID控制的结合比只采用PID控制具有更好的适应性、可靠性和快速性。

关键词：蚕种催青温湿度控制可拓控制 PLC