海工栈桥是一种在海上作业期间运输维护人员和设备转移的大型海洋工程装备。针对海工栈桥液压系统外部扰动大、模型参数不确定等问题,提出了一种基于扩张状态观测器的模型预测控制方法。以海工栈桥液压系统为研究对象,对其进行运动学分析和动力学建模,推导出系统的状态空间方程;在传统模型预测控制的基础上,采用扩张状态观测器对液压系统的外部负载扰动以及机械系统未建模部分进行估计,以提高模型预测控制的跟踪效果。仿真结果表明,扩张状态观测器对海工栈桥液压系统的状态和扰动具有很好的观测能力,有效提高了模型预测控制的稳定性和鲁棒性。

为了提高纯电动汽车制动过程中的能量回收率和制动稳定性,提出了基于模型预测控制的制动力矩分配方法。建立了纯电动汽车机电复合制动系统关键部件模型和动力学模型。提出了适用于任何地面的改进Burckhardt轮胎模型,用于实时计算当前路面的最佳滑移率。以跟踪最佳滑移率和控制量增量最小为目标,使用模型预测控制完成了前后轮制动力矩的分配。设计了制动踏板对复合制动系统的控制方案和再生制动优先使用原则,完成了后轮复合制动力矩的分配,同时获得了良好的制动踏板感觉。经仿真验证,在初速为78km/h、路面附着系数为0.8的工况下,控制器与文献[11]模糊控制器相比,制动时间减少由2.95s减少为2.80s,制动能量回收率提高了20%,实现了研究目标。

近年来,随着数字信号处理器和先进控制理论的发展,模型预测控制得到越来越多的关注和应用。针对数控机床用永磁同步电机常规单矢量模型预测直接电流控制方法存在电流谐波较大的问题,基于两电平电压源逆变器的基本电压矢量构造了6个虚拟电压矢量,并基于所构造的虚拟矢量建立了扩展电压矢量集。然后,设计了一种基于扩展电压矢量集的永磁同步电机预测电流控制方法。与常规的单矢量法相比,所提方法可明显降低电流的谐波,改善永磁同步电机的稳态控制性能。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性,能够为同步电机在数控机床或相近的应用场合提供较好的理论支撑。

为了提高智能车辆路径跟踪的精度,改善其行驶稳定性,提出了一种基于线性时变模型预测控制原理的路径跟踪控制器。对智能车辆进行动力学模型简化、三自由度动力学建模,对非线性动力学模型做线性化处理,获得线性时变状态方程,离散化得到离散方程和预测方程,考虑质心侧偏角、路面附着系数、轮胎侧偏角等约束条件,优化目标函数并转化求解方式为二次规划。基于MATLAB/Simulink和Carsim联合仿真平台,分别对直线路径和双移线路径跟踪进行仿真,结果表明,该路径跟踪控制器对目标路径有较好的跟踪效果。

依托某智能驾驶研发项目,通过对智能车辆单轨动力学模型的运动描述,建立换道策略和行车路径,结合模型预测控制最优化算法,协同智能车辆装载的传感执行设备,讨论了智能车辆在特定换道行驶场景下的路径规划与横向车辆控制。最后通过分析试验数据可知,在简化的低速换道场景下,最大横向位移误差小于0.5 m,整体性能良好。

为提高双足机器人的步行性能,提出了基于五质心模型的预测控制实现方法。该方法按照机器人的结构,将机器人质量分配在躯干、双臂、双腿中的五个质心,并推导出基于机器人腰部的零力矩点变换公式。应用模型预测控制方法,控制机器人在线跟踪优化的行走轨迹。为验证算法正确性,进行了3D动态仿真实验和现实环境中步行实验。实验结果与基于单质心模型和三质心模型的模型预测控制算法对比,证明这里算法具有更高的步行轨迹跟踪精度。

当电机温度较低时,通过过载运行可以最大限度地利用电动机的扭矩能力,但是,电机过载运行的程度和时间通常很难确定,电机在峰值转矩的运行时间也往往通过经验估测。由于过载能力与电机温度密切相关,提出了一种新的单节点集总参数热模型,并采用模型预测控制(MPC)来实现转子的主动热管理。所提出的MPC热管理方案可以根据电机的热状态自适应地设定扭矩极限以限制转子温度,从而使得电机在过载运行中转子温度始终被控制在安全值以下。与现有的基于多节点热模型的MPC热管理方案相比,单节点热模型的参数简单易测,在此基础上的MPC热管理方案计算量小,实用性强。该方法经过实验验证,并与基于PI控制器的转子主动热管理方案进行比较。实验结果表明,该方案比传统的PI方案具有更好的控制性能,可以有效降低转子温度峰值,从而有效降低电机的热应力...

针对智能汽车在实际行驶过程中的轨迹跟踪问题,提出了一种基于配点法的非线性模型预测控制实时优化算法。建立车辆二自由度非线性动力学模型和轨迹跟踪最优控制问题的数学模型,采用配点法将最优控制问题转化为带约束的非线性规划问题,并运用序列二次规划法实现了快速求解,通过滚动优化和反馈校正达到了对智能车实时轨迹跟踪的效果。在Prescan自动驾驶仿真环境中进行了基于ROS操作系统的硬件在环试验。结果表明:所提出的方法在保证精度的情况下,计算速度快,可以达到实时轨迹跟踪优化的要求。

针对极限工况下汽车的操纵稳定性问题,建立八自由度整车模型以及小角度假设下的非线性动力学模型。通过MATLAB软件对理想侧倾角关于侧向加速度的分段函数进行拟合处理,得到理想侧倾角的连续目标函数。设计基于模型预测控制理论的主动横向稳定杆控制器,完成了CarSim和Simulink联合仿真平台搭建,并在双移线和弯道制动这两种典型操纵稳定性评价工况下进行仿真试验。从试验数据对比分析中可以得出,在两种典型试验工况下车辆的性能评价参数值均得到较为理想的改善,进而提高了对车辆的稳定性控制。

对于含有输入约束的无限时长线性二次调节问题，为了将其转化为有限时长的模型预测控制问题，确定控制时长非常重要，如何快速得到保守性小的控制时长，目前还没有十分有效的算法。文章提出了一种估计控制时长的快速算法．计算零可控区域及其对应的顶点集，将初始状态投影到零可控区的某一个平面上，系统的初始状态可以表示成该平面上多边形顶点的凸组合，通过求解线性规划问题，得到性能指标的最小值，从而得到零可控区的控制时长的估计值。数值仿真结果表明所提出的算法具有较小的保守性，并且计算量小。