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面向列车自主运行的边缘智能系统

太赫兹科学与电子信息学报 2024年第8期22卷 893-900页

作者：梁雅楠刘昌瑞石雪涛北京交通大学电子信息工程学院北京100191

随着城市轨道交通网络的建设和发展不断推进,人们对运输能力的需求日益增加,车载计算能力短缺的现象已成为重要问题,探索新的解决方案变得非常必要。近年来,边缘智能(EI)作为一种全新的领域应运而生。通过EI,可以将复杂的计算任务卸载... 详细信息

随着城市轨道交通网络的建设和发展不断推进,人们对运输能力的需求日益增加,车载计算能力短缺的现象已成为重要问题,探索新的解决方案变得非常必要。近年来,边缘智能(EI)作为一种全新的领域应运而生。通过EI,可以将复杂的计算任务卸载到轨道旁的计算服务器上,从根本上解放车载设备的计算能力,使车载设备专注于执行简单、低能耗的计算任务,将大部分计算工作交给边缘服务器完成。基于上述理念,本文提出一个全新的EI列车自主控制系统。该系统借助谷歌Kubernetes高可靠性边缘计算平台,实现列车自主控制算法;采用线性二次高斯(lqg)控制算法,对列车自主控制过程进行建模,并利用云上安全计算保障整个系统的高可靠性。同时,该系统能够有效避免局部故障的影响,因此在通信包间隔延迟性能方面表现出卓越的性能。经过大量实验验证,提出的EI列车自主控制系统具有较高的运行可靠性和数据安全性,同时具备较低的通信包间隔延迟性能。证明了该列车自主运行控制系统可以显著提高列车运行的效率和安全性,从而提高列车运行的质量。

关键词： 5G lqg算法 Kubernetes平台边缘智能

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基于FPGA的振动主动控制系统的设计与实现

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南京理工大学学报 2007年第1期31卷 35-38页

作者：宋虎卜雄洙吴健南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

该文以悬臂梁为研究对象,论述了利用可编程逻辑门阵列(FPGA)实现的振动主动控制系统。构建了振动主动控制物理实验系统,通过辨识得到被控系统的数学模型;并采用线性二次型Gauss(lqg)控制算法设计了控制律。讨论了控制器的硬件FPGA实现,... 详细信息

该文以悬臂梁为研究对象,论述了利用可编程逻辑门阵列(FPGA)实现的振动主动控制系统。构建了振动主动控制物理实验系统,通过辨识得到被控系统的数学模型;并采用线性二次型Gauss(lqg)控制算法设计了控制律。讨论了控制器的硬件FPGA实现,并给出了相应的软件流程。实验结果表明:整个设计从物理实验系统的构建,到系统模型的建立,再到控制律的设计,控制器的硬件实现都是正确有效的。整个振动主动控制系统可以有效地抑制外扰引起的振动,能达到实时控制的要求。

关键词：振动主动控制可编程逻辑门阵列建模 lqg算法

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智能结构应用于船体振动控制的研究

船舶工程 2004年第6期26卷 30-33页

作者：黄国权哈尔滨工程大学机电工程学院博士生副教授150001

本文从机电耦合弹性体的理论出发 ,运用Hamilton原理建立一般机电耦合系统的动力分析模型 ,并推导出有限元分析的耦合系统方程、作动方程及检测方程。以此为基础进行压电控制系统设计。应用lqg算法对简化舱段船壳的振动控制表明 ,增大... 详细信息

本文从机电耦合弹性体的理论出发 ,运用Hamilton原理建立一般机电耦合系统的动力分析模型 ,并推导出有限元分析的耦合系统方程、作动方程及检测方程。以此为基础进行压电控制系统设计。应用lqg算法对简化舱段船壳的振动控制表明 ,增大结构的阻尼 ,使结构的振动降低 ,有效地控制结构振动。

关键词：智能结构机电耦合振动控制 lqg算法

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预估补偿器柔性机械臂振动时滞控制

中国测试 2016年第9期42卷 92-95页

作者：杜菲马天兵熊能张建君罗智安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

为解决影响柔性机械臂振动主动控制系统稳定性和控制效果的时滞问题,在线性二次型高斯(liner quadratic Gauss,lqg)最优控制的基础上,提出应用Smith预估器进行时滞补偿,设计出针对lqg算法控制的时滞问题补偿策略,并根据Lyapunov方法进... 详细信息

为解决影响柔性机械臂振动主动控制系统稳定性和控制效果的时滞问题,在线性二次型高斯(liner quadratic Gauss,lqg)最优控制的基础上,提出应用Smith预估器进行时滞补偿,设计出针对lqg算法控制的时滞问题补偿策略,并根据Lyapunov方法进行新策略的稳定性证明,最后搭建柔性机械臂的振动主动控制系统,通过李沙育图形辨识出时滞常数,分别进行添加时滞补偿前后的lqg控制的对比实验。实验结果表明:时滞补偿后前机械臂前两阶模态振动抑制效果分别达到9.5 d B和8.1 d B,优于时滞补偿前lqg算法的控制效果。

关键词： lqg算法 Smith预估器时滞补偿振动控制

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带有尾板的穿浪双体船姿态控制研究

带有尾板的穿浪双体船姿态控制研究

作者：蔡鹏飞哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

近几十年来,飞速发展的现代科学技术为船舶这一传统海上交通工具带来了新的变革。作为近现代船舶领域备受关注的高新船型,穿浪双体船(Wave Piercing Catamaran)以其高航速和技术先进而著称。其良好的耐波性、稳定性和快速性为海上运输... 详细信息

近几十年来,飞速发展的现代科学技术为船舶这一传统海上交通工具带来了新的变革。作为近现代船舶领域备受关注的高新船型,穿浪双体船(Wave Piercing Catamaran)以其高航速和技术先进而著称。其良好的耐波性、稳定性和快速性为海上运输、资源开发以及海洋军事竞争带来了巨大的便利。然而,由于WPC自身结构(其片体呈瘦削线型)的原因,在高航速和某些恶劣海况下其纵向运动的稳定性较差,容易造成砰击、甲板上浪、失速等不利影响。同时,其受波浪作用产生的高频震颤和垂向加速度极易使船上乘客出现疲劳和不适。因此,减小WPC的纵向运动,提高乘船舒适率对船舶发展具有重要的意义。本文研究的目的是针对安装于船尾的控制水翼(纵倾调整尾板),采取适当的控制措施设计控制器来平衡海浪干扰,从而改善穿浪船的纵向运动性能。论文首先对穿浪双体船和综合姿态控制系统出现的历史背景、研究意义和研究现状做出了简要概述。据此,选定本文的研究对象为带有尾板的穿浪船。其次,在仅考虑海浪干扰的情况下,根据牛顿运动学理论,建立穿浪船在波浪中的运动方程并解耦得到研究所关注的垂荡-纵摇二自由度模型。考虑相关条件的限制,为了简便快捷的求解运动模型中的水动力参数,可以通过CFD软件(Maxsurf)对研究对象进行耐波性仿真。对仿真数据进行分析,通过找主导频率点的方法确定最终所用到的个参数。同时,运用线性叠加理论得到海浪干扰模型。随后,对尾板在所选流场条件下进行Fluent仿真研究,得到尾板升力与攻角的对应关系,从而确定尾板的升力系数。在得到穿浪船模型的基础上,完成尾板升力/力矩建模,最终得到带尾板的穿浪双体船的纵向二自由度空间状态模型,并根据文中所选取的具体穿浪船完成PID控制器作用下的系统仿真。最后,针对传统PID控制器存在的缺限,采用两种不同的控制措施(线性二次高斯算法及模型预测算法)设计综合姿态控制器。在Matlab/Simulink中完成仿真研究,对仿真结果进行统计分析,验证了两种控制器驱动下的尾板良好的减摇效果。并比较两种控制器下减摇效果的差异,分析造成该差异的原因。

关键词：穿浪双体船纵向运动纵倾调整尾板 lqg算法 MPC算法

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轿车行驶平顺性与操纵稳定性的联合仿真研究

轿车行驶平顺性与操纵稳定性的联合仿真研究

作者：刘东凯吉林大学

学位级别：硕士

汽车行业快速发展的今天，人们对汽车的要求已经不仅仅局限于获得良好的动力性与经济性，同时对汽车产品行驶平顺性和操纵稳定性的要求已日显突出。本文基于多刚体动力学和自动控制原理等相关理论，应用MATLAB/Simulink软件分别对轿车... 详细信息

汽车行业快速发展的今天，人们对汽车的要求已经不仅仅局限于获得良好的动力性与经济性，同时对汽车产品行驶平顺性和操纵稳定性的要求已日显突出。本文基于多刚体动力学和自动控制原理等相关理论，应用MATLAB/Simulink软件分别对轿车行驶平顺性和操纵稳定性进行研究，并采用lqg算法对其进行联合控制。主要研究内容包括：本文首先研究了2自由度1/4车、5自由度半车、7自由度整车以及11自由度车椅模型的平顺性能。分别在低自由度车体模型中加入特殊路面激励、高自由度车体模型加入随机路面激励，较为全面的对不同路面模型进行研究;在车体模型的研究中，讨论了牛顿法与拉格朗日法的不同应用;在高自由度轿车平顺性研究中，通过Simulink子系统嵌套与封装技术设计了参数自适应方法，避免了轿车设计和改装中由于参数修改带来车体系统固有矩阵的反复修正，为模型参数化提供了一定的理论依据;车椅系统的设计中，建立了三种座椅的建模方案，说明了完整建模的必要性;将阈值优化方法与平顺性的研究相结合，对悬架和座椅参数进行了优选，为轿车的相应系统设计提供了良好的参考。其次，分别对2自由度摩托车模型、3自由度整车模型操纵稳定性进行研究。以前轮转向轿车入手，分别研究了低速、高速工况下模型的稳定性能;在四轮转向轿车的研究中，对后轮控制策略进行了推导，说明了前后轮分别以常角阶跃输入以及传统比例输入的弊端，并进行引入车速因子和横摆角速度的反馈修正;验证了状态方程求解与侧偏力求解的一致性，方便了非线性轮胎的加入;对非线性模型的研究中，分别加入了Unitire轮胎和Magic Formula轮胎，得出了非线性模型的操纵稳定性普遍优于线性模型，说明了操纵稳定性非线性模型研究的重要意义;同时，应用模型重构法解决了操纵稳定性模型代数环的存在导致系统的发散问题，并推导了其理论由来，为操纵稳定性的仿真研究提供了诸多良好的解决方案。最后，对轿车行驶平顺性和操纵稳定性的联合控制算法进行了研究，选择了lqg算法，基于2自由度1/4车模型，通过对车身质心加速度、轮胎动位移、悬架动挠度进行仿真分析，说明了行驶平顺性和操纵稳定性对应需要考虑的参量;设计了加入lqg控制器的主动悬架，并与被动悬架轿车结果进行了对比，说明了主动悬架轿车平顺性和操纵稳定性均优于被动悬架轿车，具有重要的研究价值。本研究解决了轿车两大重要特性领域内诸多问题，完善了领域内部分问题的研究不足，对轿车的设计和改装具有一定的参考价值。

关键词：行驶平顺性参数自适应阈值优化操纵稳定性 lqg算法

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Truetime的网络控制系统仿真研究

控制工程 2008年第5期15卷 501-503页

作者：陈波孟朝明葛斌刘长征于洋大连大学信息工程学院辽宁大连116622

介绍了网络控制系统,Truetime工具箱以及安装过程。结合使用Jitterbug工具箱用lqg算法对3个倒立摆网络控制模型进行了仿真实验,运用EDF算法和RM算法进行仿真对比。从结果可以看出,3个倒立摆都得到了很好的控制,EDF的总体控制性能要优于R... 详细信息

介绍了网络控制系统,Truetime工具箱以及安装过程。结合使用Jitterbug工具箱用lqg算法对3个倒立摆网络控制模型进行了仿真实验,运用EDF算法和RM算法进行仿真对比。从结果可以看出,3个倒立摆都得到了很好的控制,EDF的总体控制性能要优于RM控制算法。从丢包率和网络传输速度两方面研究了网络服务质量(QoS)对控制性能的影响。采用PID算法控制单回路的直流电机模型,丢包率较小,传输速率较快,控制性能较好。

关键词：网络控制系统 lqg算法 Jtterbug Truetime 调度策略

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自走式植保机多功能底盘关键技术研究

自走式植保机多功能底盘关键技术研究

作者：翟畅燕山大学

学位级别：硕士

自走式植保机是一种用于防治农作物病虫害的大型农业机械,具有施药效率高、环境污染小、施药精度高、人体危害小等优点,已被广泛的应用在农业生产当中。我国农作物种类繁杂、农田地型复杂,同一型号的植保机很难适应多种农作物和不同地域... 详细信息

自走式植保机是一种用于防治农作物病虫害的大型农业机械,具有施药效率高、环境污染小、施药精度高、人体危害小等优点,已被广泛的应用在农业生产当中。我国农作物种类繁杂、农田地型复杂,同一型号的植保机很难适应多种农作物和不同地域,进而发生压苗和刮苗等现象;同时现有植保机存在地头调头困难,田间施药时机身振动严重等问题,严重影响了施药效率与质量。本文针对上述问题设计了一种自走式多功能底盘,并对其独立转向技术与主动悬架技术进行了研究。首先,结合国内农田实际情况与施药时植保机底盘主要存在的问题,确定了底盘总体参数与方案,并在此基础上设计了一种具有地隙可调、主动抑振、轮距可调和四轮独立转向于一体的自走式植保机多功能底盘。其次,针对自走式植保机多功能底盘的独立转向技术进行了深入研究。设计了一种基于LUDV系统的植保机底盘转向液压系统,同时利用AMESime仿真软件,对转向液压系统进行了建模仿真与研究,其结果表明:系统响应过程中各轮组之间同步性良好,转向角度满足阿克曼转向定理。最后,针对自走式植保机多功能底盘的主动悬架技术进行了深入研究。设计了植保机底盘的主动悬架机构与液压系统,并在此基础上建立了主动悬架系统的数学模型,提出了一种基于lqg最优控制算法与Backstepping算法的主动悬架控制策略。其次利用MATLAB/Simulink仿真软件,对主动悬架系统与被动悬架进行了仿真对比分析,其结果表明:在同一路面激励下,主动悬架系统的车身垂直加速度、悬挂行程和轮胎动位移均优于被动悬架系统,最后通过移动式海洋施工平台对主动悬架的控制策略进行了实验研究,实验结果表明:该主动悬架控制策略可以有效的抑振车身振动,增加了车辆的平顺性。本文设计的自走式多功能底盘可应用在多种农机、工程车量和物流搬运车辆中,为同类工程实际问题提供了参考与解决思路。

关键词：自走式底盘独立转向技术主动悬架技术 lqg算法 Backstepping算法