基于模型预测控制的双向移动平台轨迹跟踪控制方法

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作者 赛开阳 王明武 +2 位作者 梁应选 陈伟恒 李奥 《机电工程》 北大核心 2025年第4期746-753,共8页

针对高精度数控加工中多轴并联驱动系统的轨迹跟踪精度问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的双向移动平台轨迹跟踪方法。首先,基于运动学分析研究的结果,建立了包含位置、速度和角速度等参数的状态空间方程;然后,综合考虑跟踪精度和... 针对高精度数控加工中多轴并联驱动系统的轨迹跟踪精度问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的双向移动平台轨迹跟踪方法。首先,基于运动学分析研究的结果,建立了包含位置、速度和角速度等参数的状态空间方程;然后,综合考虑跟踪精度和控制增量,建立了速度与角速度的极限值和变化率约束条件,将目标函数转化为带约束的二次规划问题,并对其进行了求解;采用SolidWorks软件设计出了双向移动平台的模型,并将该模型导入到MATLAB/Simulink环境中,进行了仿真实验验证,分别比较了速度20 mm/s、30 mm/s工况下线性二次型调节器(LQR)和MPC算法的跟踪轨迹,以及数据误差;最后,给出了实验台硬件组成和原理框图,进一步地使用LabVIEW软件开发出了运动控制程序的人机界面,并在实验台上对两种算法进行了实际对比。研究结果表明:采用MPC控制器的轨迹跟踪精度明显优于LQR控制算法,最大跟踪误差不超过0.05 mm,能够满足双向移动平台的高精度控制要求。该方法有效提升了运动控制系统的跟踪精度,可为高性能数控加工中的复杂轨迹跟踪控制提供技术支持。 展开更多

关键词 高精度数控加工 并联驱动双向移动平台 模型预测控制 轨迹跟踪精度 轨迹跟踪控制器 MATLAB/SIMULINK 线性二次型调节器 LabVIEW

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基于模型预测控制与离散线性二次型调节器的智能车横纵解耦跟踪控制 被引量：8

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作者 段敏 孙小松 张博涵 《汽车技术》 CSCD 北大核心 2022年第8期38-46,共9页

为确保智能车在复杂曲率变化道路条件下的跟踪精度与横向稳定性,提出一种基于Frenet坐标系的横纵解耦跟踪控制方法,并通过模糊速度规划提升跟踪的可靠性。横向控制采用基于前馈补偿的离散线性二次型调节器(DLQR)使跟踪误差收敛,纵向控... 为确保智能车在复杂曲率变化道路条件下的跟踪精度与横向稳定性,提出一种基于Frenet坐标系的横纵解耦跟踪控制方法,并通过模糊速度规划提升跟踪的可靠性。横向控制采用基于前馈补偿的离散线性二次型调节器(DLQR)使跟踪误差收敛,纵向控制采用模型预测控制(MPC)输出期望加速度并结合油门制动标定表实现速度跟踪。速度规划方面以横向跟踪误差与道路曲率作为输入信号进行模糊速度规划。基于CarSim/Simulink构建仿真模型进行仿真验证,结果表明:该控制方式可有效降低路径跟踪误差,提高车辆横向稳定性以满足不同道路曲率的行车工况。 展开更多

关键词 智能车 离散线性二次型调节器 模型预测控制 跟踪控制 速度规划

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基于模型预测控制算法的精确着舰控制方法 被引量：4

3

作者 万兵 苏析超 +2 位作者 汪节 韩维 李常久 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1197-1207,共11页

针对舰载机着舰过程中的航母运动、舰尾流扰动等影响,提出一种基于模型预测控制-线性二次型高斯(MPC-LQG)算法的精确着舰控制方法,开展飞机纵向通道的精确着舰控制研究。对飞机纵向动力学、舰尾流、航母运动、轨迹跟踪等,进行建模和分... 针对舰载机着舰过程中的航母运动、舰尾流扰动等影响,提出一种基于模型预测控制-线性二次型高斯(MPC-LQG)算法的精确着舰控制方法,开展飞机纵向通道的精确着舰控制研究。对飞机纵向动力学、舰尾流、航母运动、轨迹跟踪等,进行建模和分析。对MPC-LQG算法进行融合,以实现轨迹跟踪控制,核心思想是:模型预测控制进行航母运动补偿;设计全维状态观测,实现全状态反馈,以实现最优着舰控制。对不同的着舰情况和初始条件进行算法仿真,并与其他算法进行仿真比较。仿真结果表明,所提方法的轨迹跟踪效果很好,高度偏差0.1~0.2 m;相比传统着舰控制,所提方法动态响应快、着舰精度高。 展开更多

关键词 模型预测控制-线性二次型高斯 甲板运动 引导指令 着舰控制 轨迹跟踪

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线性二次型及模型预测控制编队控制研究

4

作者 武梅丽文 王晓东 +1 位作者 宋勋 陈燕飞 《现代防御技术》 北大核心 2021年第1期47-52,共6页

多智能体集群作战是未来战场的重要形式。作为集群作战中的关键技术,编队控制有着广泛的应用。以编队控制律为研究目标,选择2种优化控制方法:线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)方法和模型预测控制(model predictive con... 多智能体集群作战是未来战场的重要形式。作为集群作战中的关键技术,编队控制有着广泛的应用。以编队控制律为研究目标,选择2种优化控制方法:线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)方法和模型预测控制(model predictive control,MPC)方法。针对圆形编队轨迹,采用二阶动力学模型,基于相似一致性算法,在二维平面上仿真4个智能体绕轨迹中心旋转的编队运动场景,探究2种优化控制方法仿真效果。结果表明模型预测控制相比线性二次型调节器控制收敛速度更快,控制稳定性更高,侧向误差更小。增加侧向加速度补偿之后编队智能体在模型预测控制的作用下,圆形轨迹侧向追踪误差大幅度降低。 展开更多

关键词 集群作战 编队控制 线性二次型控制 模型预测控制 相似一致性 时变编队

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基于模型预测控制的车辆路径跟踪控制技术研究

5

作者 唐传茵 章明理 +2 位作者 樊实 夏冀沣 吴龙杰 《农业装备与车辆工程》 2024年第1期71-75,104,共6页

以车辆三自由度动力学模型为研究对象,对自动驾驶车辆模型预测控制算法进行研究。结合魔术轮胎模型线性区域和小角度假设理论对车辆动力学模型进行简化处理,设计基于模型预测控制算法的路径跟踪控制器。使用MATLAB/CarSim联合仿真平台,... 以车辆三自由度动力学模型为研究对象,对自动驾驶车辆模型预测控制算法进行研究。结合魔术轮胎模型线性区域和小角度假设理论对车辆动力学模型进行简化处理,设计基于模型预测控制算法的路径跟踪控制器。使用MATLAB/CarSim联合仿真平台,选用多组工况进行仿真试验。设定车辆的速度分别为低速、中速、高速3种状态,并且使用线性二次型最优控制器进行换道工况路径跟踪,与模型预测控制器进行控制效果对比与分析,结果表明,模型预测控制算法路径跟踪控制效果更加优秀。 展开更多

关键词 路径跟踪 模型预测控制 线性二次型最优控制 联合仿真

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基于线性近似和神经网络逼近的模型预测控制 被引量：6

6

作者 盖俊峰 赵国荣 宋超 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期394-399,共6页

针对非线性系统的模型预测控制问题,提出了一种基于线性近似和神经网络逼近的控制算法。用Taylor级数展开法对非线性系统进行线性近似时,要求对象系统中的非线性函数必须连续可微。为了突破这一限制,引入了Stirling插值公式线性近似法,... 针对非线性系统的模型预测控制问题,提出了一种基于线性近似和神经网络逼近的控制算法。用Taylor级数展开法对非线性系统进行线性近似时,要求对象系统中的非线性函数必须连续可微。为了突破这一限制,引入了Stirling插值公式线性近似法,拓展了可处理的非线性系统范围。通过对线性化过程中产生的非线性高阶项进行径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络逼近,显著提高了对象系统模型精确度。为了降低数值计算复杂度,将控制性能指标函数重构为易于处理的二次型最优化问题,通过对该二次型最优化问题的求解得到了最优控制序列。控制过程考虑了约束条件的影响以模拟真实的工业生产过程。仿真结果证明了所提出预测控制方案的有效性。 展开更多

关键词 线性近似方法 径向基函数神经网络 模型预测控制 二次型最优化

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结合迭代学习和模型预测的重载列车运行控制 被引量：5

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作者 孙鹏飞 张传鑫 +2 位作者 蒋春宏 魏咪 王青元 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期111-119,共9页

为实现重载列车单次行程的高鲁棒高精度轨迹跟踪,根据列车纵向运动特性,构建重载列车多质点的动力学模型;基于利用批次化的运行过程积累控制经验,结合迭代学习和模型预测控制方法设计1种增强抗扰的重载列车跟踪控制器,将重载列车动力学... 为实现重载列车单次行程的高鲁棒高精度轨迹跟踪,根据列车纵向运动特性,构建重载列车多质点的动力学模型;基于利用批次化的运行过程积累控制经验,结合迭代学习和模型预测控制方法设计1种增强抗扰的重载列车跟踪控制器,将重载列车动力学模型转化为基于模型预测控制框架下的线性二次型最优控制模型,用二次型最优控制的速度和位置状态反馈增益表示迭代学习增益,利用批次化积累的控制经验不断提高跟踪性能,实现单次行程的滚动时域优化,提升轨迹跟踪的鲁棒性和精度;对某货运专线上的2万t重载列车进行跟踪控制仿真,分别从时域稳定性和迭代收敛性验证该控制器的稳定性。结果表明:结合迭代学习和模型预测控制方法能够很好地利用重载列车系统操纵重复性特征并实现全程跟踪控制,较传统控制方法跟踪效果更好并能有效降低列车纵向冲动,同时能够动态响应非重复性扰动,满足重载列车运行控制要求。 展开更多

关键词 迭代学习 模型预测控制 重载列车 多质点动力学模型 线性二次型最优控制

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无人驾驶车辆路径跟踪混合控制策略研究 被引量：5

8

作者 李兆凯 刘新宁 +2 位作者 彭国轩 孙雪 陈涛 《汽车技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期37-46,共10页

针对单一控制算法无法同时满足无人驾驶车辆对路径跟踪精度和控制器求解速度需求的问题,提出一种基于线性二次型调节器(LQR)和模型预测控制(MPC)的混合控制策略。该策略在低速工况下使用线性二次型调节器、在高速工况下使用模型预测控... 针对单一控制算法无法同时满足无人驾驶车辆对路径跟踪精度和控制器求解速度需求的问题,提出一种基于线性二次型调节器(LQR)和模型预测控制(MPC)的混合控制策略。该策略在低速工况下使用线性二次型调节器、在高速工况下使用模型预测控制算法进行路径跟踪控制,在此基础上设计基于有限状态机(FSM)的控制算法切换机制,并通过遗传算法(GA)对控制参数进行优化,基于CarSim和MATLAB/Simulink仿真平台对混合控制策略进行仿真验证,并进一步完成了实车试验。试验结果表明,所设计的混合控制策略能够在提高跟踪精度的基础上缩短计算时间,与单一控制算法相比,平均横向误差和平均航向误差分别减小了26.3%和39.6%,平均计算时间缩短了10.9%。 展开更多

关键词 路径跟踪 线性二次型调节器 模型预测控制 有限状态机 遗传算法

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四旋翼飞行器的建模与姿态控制 被引量：16

9

作者 曾小勇 彭辉 吴军 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期3693-3700,共8页

对于具有多变量非线性耦合特性的四旋翼飞行器对象,以2种方法实现飞行姿态的实时控制。第1种方法是根据其运动学物理模型,利用线性二次型最优调节器(LQR)方法在线计算状态反馈控制率;第2种方法是基于数据驱动的方法,采用基于状态相依AR... 对于具有多变量非线性耦合特性的四旋翼飞行器对象,以2种方法实现飞行姿态的实时控制。第1种方法是根据其运动学物理模型,利用线性二次型最优调节器(LQR)方法在线计算状态反馈控制率;第2种方法是基于数据驱动的方法,采用基于状态相依ARX模型描述对象的全局非线性动态过程,利用RBF神经网络逼近状态相依ARX(RBF-ARX)模型函数型系数,以状态信号量引导模型实时反映对象的局部特性,在递推得到多步向前预测状态空间RBF-ARX模型的基础上设计模型预测控制器。四旋翼飞行器实验装置的建模和实时控制效果验证了本文方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 四旋翼飞行器 线性二次型调节器 RBF-ARX模型 预测控制

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基于串级控制的四轮转向车辆稳定车道线保持 被引量：1

10

作者 房泽平 段建民 杨晨 《交通运输系统工程与信息》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期49-56,共8页

针对四轮前后轮转向车辆的稳定车道线保持,提出集成直接横摆力矩和车道线保持的串级控制策略.主控制器实现车道线保持控制;副控制器实现车辆稳定性控制.主控制器的前轮转角作为副控制器的参考输入,计算期望滑移角和期望横摆率.后轮转角... 针对四轮前后轮转向车辆的稳定车道线保持,提出集成直接横摆力矩和车道线保持的串级控制策略.主控制器实现车道线保持控制;副控制器实现车辆稳定性控制.主控制器的前轮转角作为副控制器的参考输入,计算期望滑移角和期望横摆率.后轮转角和横摆力矩作为副控制器控制输入,基于LQ算法计算补偿后轮转角和横摆力矩,实际滑移角和实际横摆率跟踪期望滑移角和期望横摆率.在副控制器车辆稳定性控制基础上,主控制器实现准确地车道线保持控制,保证车辆在车道内安全行驶.实验结果表明,实现准确车道线保持,并保证车辆的稳定性和操纵性. 展开更多

关键词 智能交通 稳定车道线保持 串级控制 四轮转向 模型预测控制 线性二次型规划

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分布式电驱动智能车辆轨迹跟踪与横向稳定性控制 被引量：6

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作者 邓思 邓召文 +2 位作者 高伟 孔昕昕 王保华 《重庆理工大学学报（自然科学）》 北大核心 2023年第11期82-92,共11页

针对智能车辆在高速、低附着等极限工况下轨迹跟踪精度差,易出现侧滑、失稳等危险问题,基于分布式电驱动智能车辆,提出一种分层控制架构的轨迹跟踪算法。基于3自由度单轨车辆动力学模型建立了上层线性时变模型预测控制器(LTVMPC),通过... 针对智能车辆在高速、低附着等极限工况下轨迹跟踪精度差,易出现侧滑、失稳等危险问题,基于分布式电驱动智能车辆,提出一种分层控制架构的轨迹跟踪算法。基于3自由度单轨车辆动力学模型建立了上层线性时变模型预测控制器(LTVMPC),通过滚动求解带约束的优化问题,得到最优前轮转角,同时由PID纵向驾驶员模型输出期望力矩实现车速跟踪。通过线性二次型调节器(LQR)设计了下层直接横摆力矩控制器,并根据垂直载荷优化分配方法,对计算得到的附加横摆力矩进行了力矩分配。最后,建立Carsim与Matlab/Simulink联合仿真平台,对所建轨迹跟踪控制的有效性进行了仿真分析。仿真结果表明:文中搭建的轨迹跟踪控制策略能显著改善分布式电驱动智能车辆在高速高附着与高速低附着路面的轨迹跟踪精度与横向稳定性。 展开更多

关键词 智能车辆 分布式电驱动 轨迹跟踪 横向稳定性 模型预测控制 线性二次型调节器

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面向操纵稳定性的某越野车最优控制研究

12

作者 孙传耀 顾亮 +1 位作者 胡煦 田恩彤 《机械设计与制造》 北大核心 2023年第8期272-276,共5页

针对越野车辆对操纵稳定性与安全性要求较高的问题,提出了一种基于车辆实时运动状态参数对其操纵稳定性进行优化的模型预测控制器(MPC)与线性二次型调节器(LQR)的多模态混合控制器。首先,根据车辆运动学方程搭建车辆二自由度理论模型;... 针对越野车辆对操纵稳定性与安全性要求较高的问题,提出了一种基于车辆实时运动状态参数对其操纵稳定性进行优化的模型预测控制器(MPC)与线性二次型调节器(LQR)的多模态混合控制器。首先,根据车辆运动学方程搭建车辆二自由度理论模型;然后根据理论模型求出其状态空间方程并对MPC,LQR控制器以及多模态混合控制器进行设计;随后搭建基于Carsim/Simulink的虚拟联合仿真平台,针对两种典型的操纵稳定性试验工况进行仿真验证与对照。结果表明,相较于单纯的MPC或LQR控制器,所设计的多模态混合控制器能够有效地提高越野车在恶劣路况下的操纵稳定性与安全性。 展开更多

关键词 越野车 操纵稳定性 联合仿真 模型预测控制(MPC) 线性二次型调节器(LQR) 混合控制

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分散式MPC经济性能评估 被引量：3

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作者 刘苏 冯毅萍 荣冈 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期548-555,共8页

近年来,学术界对集中式模型预测控制(Model predictive control,MPC)性能评估进行了广泛的研究.对于大规模化工过程,工业现场通常采用分散式MPC的控制结构.由于各子系统间存在复杂的耦合关系,针对集中式MPC的性能评估方法不能客观反映... 近年来,学术界对集中式模型预测控制(Model predictive control,MPC)性能评估进行了广泛的研究.对于大规模化工过程,工业现场通常采用分散式MPC的控制结构.由于各子系统间存在复杂的耦合关系,针对集中式MPC的性能评估方法不能客观反映分散式MPC的性能.本文基于线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)的方法对分散式MPC进行经济性能评估.首先提出了一种迭代方法求解分散式线性二次型调节器(Linear quadratic regulator,LQR)问题,该方法显著降低了已有求解方法的保守性.再利用LQR基准建立了一组随机优化命题对MPC进行经济性能评估,评估方法对集中式MPC与分散式MPC均适用,评估结果可以指导MPC参数调整,也可以为集中式与分散式MPC结构选择提供重要参考.通过对重油分馏塔控制问题的仿真验证了本文方法的有效性与应用价值. 展开更多

关键词 模型预测控制 经济性能评估 分散式控制 线性二次型调节器 线性矩阵不等式

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