为有效提升汽车防侧倾性能,针对基于开关磁阻电机和谐波齿轮减速器的电机式汽车主动横向稳定杆设计了模型预测控制器。首先,采用Maxwell/RMxprt对开关磁阻电机进行有限元分析计算得到电机的非线性数学模型;然后,建立整车侧倾动力学模型,设计了前、后悬架横向稳定杆的模型预测控制器,计算前、后悬架的防侧倾力矩;最后,通过Car?sim和Simulink联合仿真试验,分析影响防侧倾性能的控制器敏感参数。研究结果表明模型预测控制能够显著抑制车身侧倾角,预测时域和性能加权系数是控制器的敏感参数。

输电铁塔螺栓的紧固对铁塔的工程效率和可靠性尤为重要。因此,输电铁塔螺栓扭矩扳手的性能就变得尤为重要。因此,为了减小重量并实现便携,且满足扭矩控制要求,这里提出了利用高功率密度的锂电池供电、永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)作为驱动电机、模型预测算法(Model Predictive Control, MPC)为控制算法的扭矩扳手的研究。利用遗传算法对永磁电机进行优化设计,以减小电机的重量,提高电机的转矩密度。而模型预测算法的实现,则在满足扭矩控制精度的前提下,进一步提高了动态响应。对于扭矩控制的仿真,验证了基于锂电池、永磁同步电机和模型预测控制的扭矩扳手的良好性能。

汽车双叉臂式空气悬架车高调节模型中,双叉臂悬架动力学模型忽略了悬架几何结构以及运动学因素的影响,使车高调节模型与实际误差较大。基于此,建立了一种新型的车高调节模型。考虑车高调节系统受路面干扰影响大、空气弹簧充放气机理模型具有强耦合非线性等因素,为避免车身高度调节过程中出现振荡幅度大的现象,提出了一种有效的双回路控制结构。其中,采用基于扩张状态观测器的模型预测控制器作为主控制器,用以抑制路面干扰与处理车高调节模型的非线性。采用模糊PID控制器作为辅助控制器,用以克服路面干扰与模型预测控制中固定权重系数对主控制目标车身高度调节的影响。在Matlab/Simulink软件中进行车身高度上升与下降两种情况的仿真,结果表明所设计的控制器可以快速精确的调节车身高度。

混合动力车辆由纯电动模式切换到混合驱动模式的过程伴随着发动机的启动,由于发动机转矩的介入,导致输出转矩剧烈波动,进而造成整车冲击等问题。以双模混联式机电复合传动为研究对象,对发动机启动过程进行了动力学建模和分析,并将其划分为三个阶段分别进行控制。针对电机反拖发动机过程,以减小整车冲击度和抑制输出转矩波动为目标,提出了基于模型预测控制的转矩协调控制策略。最后,利用MATLAB/Simulink仿真平台,对控制策略进行了验证。仿真结果表明,所提出的控制策略能有效抑制输出转矩波动,降低整车冲击度,提高发动机启动过程的平顺性。

针对伺服电机驱动泵控非对称液压缸系统存在约束和鲁棒性差等问题,提出了采用状态估计的模型预测控制策略。根据泵控液压缸系统的原理和实际要求,建立了含输入和输出约束的状态空间模型;引入模型预测控制,避免了阀切换带来的非线性,提高了约束优化控制性能;结合卡尔曼滤波器,补偿了干扰和模型误差的影响,提高了系统的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的控制策略能够实现无偏移跟踪,保证输入不超限、输出无超调,且具有很好的处理干扰和模型失配的能力。实验结果中,液压缸位置无超调,相对位置跟踪误差约为0.5%,干扰和模型误差对控制性能的影响很小。可见,所提方法能应用于实际泵控系统,提高输入、输出约束下的控制性能,容许一定的干扰和建模误差。

为了解决单向比例泵控非对称液压缸系统的无超调位置控制问题,提出了采用带约束的三阶状态空间模型描述单向比例泵控非对称液压缸系统的方法,设计了一种适用于该模型的模型预测控制器来保证系统的无超调位置输出.仿真结果表明,运用模型预测方法能够避免换向阀切换引入的系统非线性,并有效解决泵控非对称液压缸系统的超调问题,实现多约束条件下的高精度位置控制.

针对已开发的单向比例泵控非对称液压缸系统实验平台,为了实现该类系统的无超调位置控制,通过分析系统的工作原理及特性,基于系统的流量连续性方程和力平衡方程,提出采用带约束的三阶状态空间模型来描述单向比例泵控非对称液压缸系统的方法.基于模型预测控制理论和QPhild二次优化算法,设计适用于该模型的模型预测控制器来保证系统的无超调位置输出.实验结果表明,运用模型预测方法能够避免换向阀切换引入的系统非线性,有效地解决泵控非对称液压缸系统的超调问题,实现多约束条件下的高精度位置控制.

针对风力机叶片的不稳定振动，阐述基于偏移量控制的模型预测控制（MPC）算法在预扭叶片振动控制中的应用。结构模型是基于结构阻尼计算的2D预扭典型截面，基于通用2D挥舞/摆振模型进行挥舞角/摆振角的变换，纳入了不同预扭角度下的结构阻尼。气动力是基于拟合气动系数的“六级正弦和”模型。基于偏移量控制和给定目标值的MPC算法，研究基于时域响应的稳定性分析和振动控制方法。MPC控制算法基于状态空间描述，实现位移响应分析及控制信号展示，利用罚权值实现设定点跟踪和控制信号变换，并制约输出信号幅度，迫使其急速衰减。通过变化的结构阻尼、预测水平系数和不同的目标参数下的响应分析，并对比线性二次型控制结果，验证了MPC算法的鲁棒性。

为实现工业机器人转臂用永磁同步电机的预测转矩控制,并避免使用权重系数,提出了一种简单的顺序模型预测转矩控制方法。该方法从逆变器的8个电压矢量中选择2个使转矩误差最小的电压矢量,再从这2个电压矢量中选择一个使磁链误差最小的电压矢量作为最优矢量,并将该矢量作用于逆变器,从而实现永磁同步电机的无权重系数预测转矩控制。所提方法不仅避免了设计权重系数,而且提高了转矩和磁链的控制精度。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性。

针对无人车的轨迹跟踪问题,基于车辆运动学模型和模型预测控制提出一种改进的轨迹跟踪控制器。该算法动态地根据参考轨迹曲率自适应调节目标函数中的权重矩阵,从而实时提高轨迹的跟踪精度。为验证所设计的控制器的有效性,利用MATLAB/CarSim联合仿真。仿真结果表明:基于权重矩阵自适应的MPC控制器相比于MPC控制,横向跟踪误差减小了0.08 m,最大横摆角速度减小了1.39°/s,能够有效地用于车辆轨迹跟踪。