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基于PSO-MPC的锂离子电池快速安全充电策略
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作者 秦东晨 罗庆洲 +2 位作者 杨俊杰 陈江义 武红霞 《郑州大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第5期90-97,共8页
针对锂离子电池充电过程中速度缓慢、过度升温、析锂及过充等问题,提出了基于改进粒子群算法(PSO)的模型预测控制(MPC)充电策略。首先,建立了锂离子电池的等效电路-热-电化学-老化耦合模型,结合等效电路模型与电化学模型的优点,准确预... 针对锂离子电池充电过程中速度缓慢、过度升温、析锂及过充等问题,提出了基于改进粒子群算法(PSO)的模型预测控制(MPC)充电策略。首先,建立了锂离子电池的等效电路-热-电化学-老化耦合模型,结合等效电路模型与电化学模型的优点,准确预测充电过程中的端电压、温度变化及老化机制(如SEI膜增长、活性材料损失和析锂导致的容量损失)。其次,对耦合模型离散化处理,构建充电的空间状态模型,并增加避免热失控、析锂及过充的安全约束。基于空间状态模型,预测充电系统未来状态,并构建描述充电时间及损耗的代价函数。最后,通过改进PSO算法求解最优充电电流序列,实现对充电过程的实时优化。MATLAB/Simulink联合仿真结果表明:该策略在显著缩短充电时间的同时,有效控制了电池温度、端电压及析锂过电势,避免了热失控、析锂和过充等安全问题。通过实验与3种传统充电策略对比,结果表明:该策略充电时间缩短约17.3%~61.1%,且平均每次充电的容量衰减量相对于额定容量降低7.6%~36%,可为锂电池充电优化提供新方法。 展开更多
关键词 锂离子电池 充电策略优化 mpc 电池性能 电池安全 电池容量衰减
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考虑执行器特性的自适应预测时域MPC轨迹跟踪控制
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作者 许男 尹卓 +1 位作者 张岳韬 郭孔辉 《汽车工程》 北大核心 2025年第10期1847-1860,共14页
为了充分发挥多执行器底盘在自动驾驶车辆轨迹跟踪控制中的动力学性能,本文提出了一种考虑执行器特性对车辆动力学状态影响的稳定性分析方法,并据此设计了预测时域随稳定裕度自适应变化的模型预测(model predictive control,MPC)轨迹跟... 为了充分发挥多执行器底盘在自动驾驶车辆轨迹跟踪控制中的动力学性能,本文提出了一种考虑执行器特性对车辆动力学状态影响的稳定性分析方法,并据此设计了预测时域随稳定裕度自适应变化的模型预测(model predictive control,MPC)轨迹跟踪控制器。针对集成了前后轮主动转向(active front wheel steering-active rear wheel steering,AFS-ARS)的自动驾驶车辆,首先在能量相平面中分析了在执行器影响下的车辆动力学状态变化趋势,结合李雅普诺夫第二法,根据执行器作用下动力学状态变化矢量与前后轮胎力饱和约束的关系确定了一种新型稳定包络边界。然后基于车辆在轨迹跟踪过程中稳定裕度的变化设计了一种自适应预测时域计算方法,结合面向控制的非线性轮胎模型UniTire-Ctrl建立了MPC轨迹跟踪控制器。CarSim-Simulink的联合仿真结果表明,本文提出的新型稳定包络边界更适合考虑执行器特性的车辆稳定边界的估计,并且据此设计的自适应预测时域MPC轨迹跟踪控制器能较好地平衡轨迹跟踪精度与车辆操纵稳定性的关系。 展开更多
关键词 多执行器底盘 模型预测控制 轨迹跟踪控制 拓展稳定性边界 变预测时域
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基于MPC-IMFAC的船舶路径跟随控制方法研究 被引量:2
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作者 李诗杰 刘泰序 +2 位作者 刘佳仑 徐诚祺 何家伟 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期317-325,共9页
[目的]旨在解决环境干扰和模型不确定性下的路径跟随控制问题,特别是外部风浪环境对船舶路径跟随控制的影响。[方法]在模型预测控制(MPC)控制器的基础上,引入改进无模型自适应控制(IMFAC)作为路径跟随控制补偿器,修正船舶状态与预测状... [目的]旨在解决环境干扰和模型不确定性下的路径跟随控制问题,特别是外部风浪环境对船舶路径跟随控制的影响。[方法]在模型预测控制(MPC)控制器的基础上,引入改进无模型自适应控制(IMFAC)作为路径跟随控制补偿器,修正船舶状态与预测状态之间的误差,以解决在突发横风和外部存在风浪等环境干扰下的模型精度不足问题,从而提高路径跟随控制精度。并以缩比KVLCC2船模为对象进行船舶路径跟随控制仿真实验。[结果]仿真结果表明,与传统MPC控制相比,MPC-IMFAC方法使船舶在突发干扰下最大绝对航向误差降低25.4%。在时变环境干扰下绝对航向平均误差减少2.6%。[结论]研究表明,该控制方法在确保路径跟随控制精度的基础上,具备较好的抗干扰能力。 展开更多
关键词 路径跟随控制 模型预测控制 无模型自适应控制 操纵性 运动控制 自适应控制系统
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基于MPC-RBF控制的大型风电机组独立变桨控制策略 被引量:3
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作者 王欣 李毓明 秦斌 《可再生能源》 北大核心 2025年第2期225-232,共8页
针对风机在额定风速以上工况下运行时所承受的不平衡载荷,文章提出了一种将径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络与模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)相结合的MPC-RBF独立变桨距控制策略。通过风电机组动力学方程... 针对风机在额定风速以上工况下运行时所承受的不平衡载荷,文章提出了一种将径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络与模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)相结合的MPC-RBF独立变桨距控制策略。通过风电机组动力学方程与坐标变换建立了适用于控制器设计的平均周期状态空间模型。在卡尔曼状态观测器的基础上,使用模型预测控制即时调整风机桨距角,RBF控制器抑制载荷,进而设计出所需的独立变桨控制器。以NERL 5 MW风电机组平台为例,分别分析在湍流风作用下基于比例积分(PI),MPC以及MPCRBF独立变桨控制策略的载荷特性以及运行特性。仿真结果显示,采用MPC-RBF能有效地降低载荷,提高风机的运行寿命,且对功率波动有较好的抑制效果。 展开更多
关键词 风电机组 减载 独立变桨控制 模型预测控制
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基于分布式MPC的微电网控制策略 被引量:2
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作者 郭向伟 阿斯楞 +3 位作者 张曼 朱皓斌 李峰 李博通 《智慧电力》 北大核心 2025年第2期41-48,64,共9页
为解决集中式优化控制无法应对大量电动汽车(EV)随机接入微电网引起的功率波动问题,提出了基于分布式模型预测控制(MPC)的微电网控制策略。首先,建立EV参与需求响应的可行时间模型来描述EV的充放电事件,评估各时戳下EV个体参与需求响应... 为解决集中式优化控制无法应对大量电动汽车(EV)随机接入微电网引起的功率波动问题,提出了基于分布式模型预测控制(MPC)的微电网控制策略。首先,建立EV参与需求响应的可行时间模型来描述EV的充放电事件,评估各时戳下EV个体参与需求响应的可能性。其次,基于MPC得到每辆EV的最优出力计划,利用碳配额机制并结合实时电价,引导EV用户积极参与需求响应。最后,通过算例分析表明,所提出的微电网控制策略可有效应对EV随机性引起的微电网波动性问题,并能根据实时更新的状态信息调整充电/放电计划,保证微电网稳定经济运行。 展开更多
关键词 mpc EV 碳配额 微电网
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基于NSGA-Ⅱ优化的电动汽车热管理系统MPC策略开发及性能
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作者 戴春江 林文野 +4 位作者 李帅旗 陈翔 宋文吉 冯自平 Frédéric KUZNIK 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第6期2200-2214,共15页
电动汽车热管理在保障电动汽车的安全性、提高舒适度和降低能耗等方面具有重要意义,而热管理系统的核心是优良的控制策略。本工作回顾了现有的电动汽车热管理系统控制策略的优点与不足,提出并评价了一种基于NSGA-Ⅱ算法优化的模型预测控... 电动汽车热管理在保障电动汽车的安全性、提高舒适度和降低能耗等方面具有重要意义,而热管理系统的核心是优良的控制策略。本工作回顾了现有的电动汽车热管理系统控制策略的优点与不足,提出并评价了一种基于NSGA-Ⅱ算法优化的模型预测控制(MPC)策略并用于电动汽车的热管理。首先建立了电动汽车热管理系统的仿真模型;随后通过融合MPC策略和NSGA-Ⅱ多目标优化提出了可以实现多目标控制的电动汽车热管理策略;最后通过比较多个工况下不同控制策略对汽车热管理系统性能的影响,以验证所提出的基于NSGA-Ⅱ优化的MPC策略的有效性。研究结果发现,在不同工况下,所提出的MPC策略均可有效控制乘员舱温度和电池温度,减小乘员舱温度和电池温度的波动幅度,削减汽车行驶工况剧烈变化对电池温度的影响;同时,MPC策略可有效降低热管理系统能耗,相对于开关控制策略和PID控制策略可实现可观的节能率,分别达到4%~15%和1%~6%。 展开更多
关键词 热管理 控制优化 mpc NSGA-Ⅱ 电动汽车
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MPC-based path tracking with PID speed control for high-speed autonomous vehicles considering time-optimal travel 被引量:31
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作者 CHEN Shu-ping XIONG Guang-ming +1 位作者 CHEN Hui-yan NEGRUT Dan 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第12期3702-3720,共19页
In order to track the desired path as fast as possible,a novel autonomous vehicle path tracking based on model predictive control(MPC)and PID speed control was proposed for high-speed automated vehicles considering th... In order to track the desired path as fast as possible,a novel autonomous vehicle path tracking based on model predictive control(MPC)and PID speed control was proposed for high-speed automated vehicles considering the constraints of vehicle physical limits,in which a forward-backward integration scheme was introduced to generate a time-optimal speed profile subject to the tire-road friction limit.Moreover,this scheme was further extended along one moving prediction window.In the MPC controller,the prediction model was an 8-degree-of-freedom(DOF)vehicle model,while the plant was a 14-DOF vehicle model.For lateral control,a sequence of optimal wheel steering angles was generated from the MPC controller;for longitudinal control,the total wheel torque was generated from the PID speed controller embedded in the MPC framework.The proposed controller was implemented in MATLAB considering arbitrary curves of continuously varying curvature as the reference trajectory.The simulation test results show that the tracking errors are small for vehicle lateral and longitudinal positions and the tracking performances for trajectory and speed are good using the proposed controller.Additionally,the case of extended implementation in one moving prediction window requires shorter travel time than the case implemented along the entire path. 展开更多
关键词 model predictive control path tracking minimum-time speed profile vehicle dynamics arbitrary path
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基于自适应预测时域MPC的轨迹跟踪控制
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作者 郑讯佳 曹泽义 +2 位作者 陈星 刘辉 高建杰 《汽车安全与节能学报》 北大核心 2025年第5期773-783,共11页
针对自动驾驶车辆轨迹跟踪控制中通常未考虑道路曲率和车速信息的问题,为抑制车辆轨迹跟踪过程中的横向偏差并增强控制系统的抗干扰性,提出了一种结合模糊控制策略的时域自适应调整模型预测控制(MPC)轨迹跟踪控制算法。通过建立车辆的... 针对自动驾驶车辆轨迹跟踪控制中通常未考虑道路曲率和车速信息的问题,为抑制车辆轨迹跟踪过程中的横向偏差并增强控制系统的抗干扰性,提出了一种结合模糊控制策略的时域自适应调整模型预测控制(MPC)轨迹跟踪控制算法。通过建立车辆的运动学模型以及模型预测控制器,设计不同速度工况,将道路曲率和期望车速作为模糊控制输入,利用模糊控制器优化模型预测控制算法的预测时域参数;采用Carsim和Simulink联合仿真,分别在2个不同曲率的轨迹上进行不同速度的轨迹跟踪控制。结果表明:自适应时域模型预测控制器(MPC)在双移线工况下,相比固定时域控制器和线性二次型调节器(LQR),低速(30 km/h)和高速(90 km/h)时横向误差最大降低85.81%和78.86%;在多弯道工况下,低速和高速时横向误差最大降低96.32%和86.4%。该控制策略能显著提升系统跟踪性能,在不同速度工况下能够有效降低轨迹偏差并维持车辆动态稳定性。 展开更多
关键词 自动驾驶 轨迹跟踪 自适应 模型预测控制(mpc)
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基于MPC的随机风场下航空器纵向自主间隔控制 被引量:1
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作者 汤新民 陆晓娜 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第9期2860-2871,共12页
针对航迹随机扰动下的纵向自主间隔保持问题,高空风这一随机因素往往导致两机纵向间隔鲁棒性较差的情况,基于此,提出基于模型预测控制(MPC)的航空器纵向自主间隔控制方法。建立两机所受风场差值与纵向间隔的非线性运动学微分方程,推导... 针对航迹随机扰动下的纵向自主间隔保持问题,高空风这一随机因素往往导致两机纵向间隔鲁棒性较差的情况,基于此,提出基于模型预测控制(MPC)的航空器纵向自主间隔控制方法。建立两机所受风场差值与纵向间隔的非线性运动学微分方程,推导线性时变预测模型,选取两机的纵向间隔和航路偏差距离为优化目标,高空风为随机扰动量,前机的真空速和偏航角作为观测量,并在空中安全和航空器性能约束中加入终端等式约束保持系统的稳定性。为验证所提方法的有效性,在规定的120s仿真时间内,设置3组不同期望纵向间隔分别为12,13,14km,通过设计的MPC控制器,在滚动时域周期内通过控制后机真空速和偏航角,两机纵向间隔曲线较为平滑且始终不低于最小安全间隔10 km,分别在第74,90,118 s稳定在期望的目标纵向间隔,在第58,74,95 s开始回归航路,最终回到航路中心线;设置了2组风场对照组,一组为预报风强度增大2倍,另一组为紊流风的扰动强度增大8倍,均能分别在第61,72s平滑且稳定地建立期望的纵向间隔12km。 展开更多
关键词 空中交通管理 飞行跟驰模型 自主间隔控制 模型预测控制 随机扰动
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基于MPC算法的山地果园智能水肥系统设计
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作者 张真真 华珊 +3 位作者 华咏竹 李双伟 韩恺源 许敏界 《节水灌溉》 北大核心 2025年第6期30-36,共7页
肥料和水分是山地果园作物生长和培育的基础,灌溉设施和水肥比例不精准会影响山地果园的经济效益,水肥一体机可以按照山地果园作物需肥规律和特点制定合理的施肥灌溉方案。为了解决传统水肥一体机存在的管理粗放,智能化水平低,精准性和... 肥料和水分是山地果园作物生长和培育的基础,灌溉设施和水肥比例不精准会影响山地果园的经济效益,水肥一体机可以按照山地果园作物需肥规律和特点制定合理的施肥灌溉方案。为了解决传统水肥一体机存在的管理粗放,智能化水平低,精准性和实时性差的问题,设计了一套基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法的智慧水肥一体灌溉系统。该系统利用蓝牙mesh组网获取果园内信息,通过WIFI Halow技术实现数据上传,并通过MPC算法计算电动球阀的开度,实现远程精确控制水肥溶液电导率(Electrical Conductance,EC)。试验结果表明,该系统的调节时间为7.3 s,较群体智能优化PID控制缩短了82.4%,超调量为1.32%,较群体智能优化PID控制减少了80.9%。所设计的系统有效地提高了水肥灌溉过程混肥精度,能够节约灌溉所需的水量、减少人工成本、提升生产效率。 展开更多
关键词 模型预测控制(mpc) 水肥一体化 智能水肥系统 山地果园
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基于MPC的沥青摊铺机3D摊铺液压找平系统分析
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作者 孙学壮 赵铁栓 +1 位作者 张斌睿 叶敏 《机床与液压》 北大核心 2025年第20期219-224,共6页
自动找平控制系统的优劣是决定路面摊铺质量的关键因素。为了提高沥青摊铺机液压自动找平控制系统的响应速度,以达到所需平整度要求,基于拓普康毫米级GPS 3D摊铺控制系统,阐述3D找平系统的控制原理,并对摊铺机的工作特性进行分析;对系... 自动找平控制系统的优劣是决定路面摊铺质量的关键因素。为了提高沥青摊铺机液压自动找平控制系统的响应速度,以达到所需平整度要求,基于拓普康毫米级GPS 3D摊铺控制系统,阐述3D找平系统的控制原理,并对摊铺机的工作特性进行分析;对系统各环节进行建模,建立3D液压找平控制系统模型;设计MPC结构和模型控制参数,建立Simulink仿真模型,探索激光接收器安装位置以及采用传统PID控制和MPC控制策略对系统响应时间的影响。结果表明:随着激光接收器安装位置比增大,系统的响应速度提升;相比传统PID控制,采用MPC控制策略的3D找平系统的响应速度提高了50%,其控制效果显著提升,说明改进后的3D摊铺液压找平系统更能满足摊铺路面的平整度要求。 展开更多
关键词 沥青摊铺机 自动找平系统 3D摊铺 mpc 平整度
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基于快速MPC的固定翼无人机空中着陆抗扰控制
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作者 张啸天 廖飞 何德峰 《高技术通讯》 北大核心 2025年第5期535-547,共13页
针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)与舰载飞行平台间空中着陆的末段控制问题,提出一种基于快速模型预测控制(model predictive control,MPC)的固定翼无人机空中着陆抗扰控制方法。结合固定翼无人机动力学模型,在气流坐标... 针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)与舰载飞行平台间空中着陆的末段控制问题,提出一种基于快速模型预测控制(model predictive control,MPC)的固定翼无人机空中着陆抗扰控制方法。结合固定翼无人机动力学模型,在气流坐标系下对外界风扰动及着陆过程中抵近乱流扰动进行精确建模。设计拓展状态观测器(extended state observer,ESO),估计空中着陆末段过程的系统状态和特殊集总扰动,实现扰动有效补偿。进一步,根据固定翼无人机纵-横向的解耦动力学模型将固定翼无人机的空中着陆控制问题描述为约束下有限时域最优控制问题即MPC问题,并构建针对近端随机障碍的线性化约束;应用拉格朗日法和滚动时域优化原理,获得MPC问题在约束条件下的近似最优解。数值对比仿真实验验证了所提出的空中着陆扰动补偿解耦控制方法具有较好的抗扰性能及实时性能,能够满足空中自动对接着陆的任务需求。 展开更多
关键词 固定翼无人机 空中着陆控制 模型预测控制 拓展状态观测器 解耦控制
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基于等效馈线的高压孤岛微电网多矢量MPC策略
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作者 王雪伟 张明锐 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第6期2121-2132,I0007,共13页
高压孤岛微电网中,并联逆变器因输出阻抗不匹配而产生环流,影响系统传输效率和稳定性。该文基于等效馈线策略,结合外接电感和虚拟电感,合成自适应虚拟阻抗,用于动态调节输出阻抗匹配特性。为缓解传统PI控制响应速度慢的缺点,提出基于混... 高压孤岛微电网中,并联逆变器因输出阻抗不匹配而产生环流,影响系统传输效率和稳定性。该文基于等效馈线策略,结合外接电感和虚拟电感,合成自适应虚拟阻抗,用于动态调节输出阻抗匹配特性。为缓解传统PI控制响应速度慢的缺点,提出基于混合多矢量模型预测控制(model predictive control,MPC)的两步加速预测方法,在提高控制精度的同时降低实时计算量。最后,通过负荷突变和负荷波动两种典型工况,对比分析传统电压电流双环控制与不同矢量MPC控制的环流和谐波抑制效果。结果表明,基于等效馈线策略的混合多矢量MPC两步加速预测控制在保留环流抑制效果的同时可提升谐波抑制能力,加快响应速度。 展开更多
关键词 孤岛微电网 等效馈线 自适应虚拟阻抗 混合多矢量模型预测控制 加速预测
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基于自适应时域MPC的无人车轨迹跟踪控制 被引量:1
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作者 丁承君 耿宇坤 +2 位作者 胡健鑫 王逸桐 王镇林 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第23期9883-9891,共9页
为了提高无人车在不同路面附着系数和车速下的轨迹跟踪控制性能,提出一种自适应时域模型预测控制(model predictive control,MPC)算法。首先,基于三自由度车辆动力学模型设计MPC轨迹跟踪控制器。其次,引入融合准反射学习和高斯变异的粒... 为了提高无人车在不同路面附着系数和车速下的轨迹跟踪控制性能,提出一种自适应时域模型预测控制(model predictive control,MPC)算法。首先,基于三自由度车辆动力学模型设计MPC轨迹跟踪控制器。其次,引入融合准反射学习和高斯变异的粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)对时域参数优化,获得不同工况下的离线最优时域数据集。然后,利用自适应神经模糊推理系统(adaptive network-based fuzzy inference system,ANFIS)对数据集训练,得到能够自适应调整时域的控制系统。最后,通过Carsim和Simulink联合仿真和实车验证。结果表明:自适应时域MPC控制器在不同工况下的轨迹跟踪精度和稳定性均得到了较大幅度的提高,且该算法具有较好的实用性。 展开更多
关键词 模型预测控制 轨迹跟踪 粒子群优化算法(PSO) 自适应神经模糊推理系统(ANFIS)
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考虑功率运行点的风电场混合储能MPC控制策略 被引量:1
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作者 张建辉 滕婕 +2 位作者 李秀慧 贺悝 谭庄熙 《电网与清洁能源》 北大核心 2025年第2期130-137,146,共9页
提出一种考虑运行点的的风电场混合储能模型预测控制(model predictive control,MPC)策略,实现有效平滑风电出力和混合储能系统内部功率分配。首先,以储能系统出力最优为目标,满足并网标准和储能运行约束作为约束条件,推导出平滑风电出... 提出一种考虑运行点的的风电场混合储能模型预测控制(model predictive control,MPC)策略,实现有效平滑风电出力和混合储能系统内部功率分配。首先,以储能系统出力最优为目标,满足并网标准和储能运行约束作为约束条件,推导出平滑风电出力的预测控制模型,调用求解器实现储能出力优化。然后,基于一阶低通滤波解耦内部功率,考虑蓄电池运行点对混合储能功率解耦的影响,以调整超级电容出力为原则,提出改善混合储能内部无效能量交换的滤波参数调整规则,并设计滤波参数模糊控制规则实现自适应控制,有效避免蓄电池-超级电容间无效能量交换,并能延长蓄电池运行寿命。最后,在MATLAB/SIMULINK中搭建风电场-混合储能系统并网模型,并采用实际风电功率数据进行验证,算例表明,相比低通滤波法,所提策略使混合储能能量交换降低44.94%;蓄电池-超级电容间无效能量交换降低99.4%,有效提升混合储能系统整体运行效能。 展开更多
关键词 风电功率平滑 mpc控制 功率运行点 模糊控制 混合储能
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基于MPC−FAPID的复杂工业场景轮式巡检机器人轨迹跟踪控制
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作者 杨磊 郝萌 +4 位作者 鲍久圣 王凯 阴妍 戴守晨 张可琨 《工矿自动化》 北大核心 2025年第10期57-68,共12页
目前针对巡检机器人轨迹跟踪控制的研究主要存在以下问题:①在应对非对称负载扰动时,双电动机同步控制精度不足。②单一控制结构难以兼顾预测优化与动态抗扰能力。③在复杂多变路况(道路坡度、路面状态发生较大变化等)下,控制算法的自... 目前针对巡检机器人轨迹跟踪控制的研究主要存在以下问题:①在应对非对称负载扰动时,双电动机同步控制精度不足。②单一控制结构难以兼顾预测优化与动态抗扰能力。③在复杂多变路况(道路坡度、路面状态发生较大变化等)下,控制算法的自适应性与鲁棒性仍有待提升。针对上述问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)与模糊自适应PID(FAPID)算法(即MPC−FAPID)的分层双闭环轨迹跟踪控制方法。基于四轮差速巡检机器人运动学模型,在控制量及控制增量中加入相应的约束,完成了基于MPC的轨迹跟踪控制器设计。针对四轮差速巡检机器人轮速易受干扰导致控制不协调的问题,通过引入FAPID算法,减少四轮差速巡检机器人运动过程中的电动机转速误差,仿真结果表明:FAPID算法能有效降低同步偏差,其精度及鲁棒性均优于PID控制与鲸鱼PID控制算法。针对单层控制结构难以兼顾预测能力和抗干扰性的问题,设计了基于MPC−FAPID的分层双闭环控制器:主环MPC实现轨迹跟踪误差补偿和多约束处理,从环FAPID抑制负载扰动影响。仿真结果表明:在直行上缓坡仿真工况下,MPC−FAPID的调整时间为0.87 s,相比MPC−PID,MPC−鲸鱼PID,能更迅速地调整机器人位姿靠近原始轨迹;在连续转弯仿真工况下,相较于MPC−PID与MPC−鲸鱼PID,MPC−FAPID能更好地捕捉原始轨迹的变化趋势,横向、纵向与航向角的最大误差分别为−0.051 m,0.00047 m,0.0408 rad。实机试验结果表明:相比MPC−PID,MPC−FAPID在多目标点轨迹跟踪实机试验中横向最大误差降低了88.24%,纵向最大误差降低了87.76%。 展开更多
关键词 轮式巡检机器人 轨迹跟踪控制 模型预测控制 模糊自适应PID算法 分层双闭环轨迹跟踪控制
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Fault-observer-based iterative learning model predictive controller for trajectory tracking of hypersonic vehicles 被引量:2
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作者 CUI Peng GAO Changsheng AN Ruoming 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 2025年第3期803-813,共11页
This work proposes the application of an iterative learning model predictive control(ILMPC)approach based on an adaptive fault observer(FOBILMPC)for fault-tolerant control and trajectory tracking in air-breathing hype... This work proposes the application of an iterative learning model predictive control(ILMPC)approach based on an adaptive fault observer(FOBILMPC)for fault-tolerant control and trajectory tracking in air-breathing hypersonic vehicles.In order to increase the control amount,this online control legislation makes use of model predictive control(MPC)that is based on the concept of iterative learning control(ILC).By using offline data to decrease the linearized model’s faults,the strategy may effectively increase the robustness of the control system and guarantee that disturbances can be suppressed.An adaptive fault observer is created based on the suggested ILMPC approach in order to enhance overall fault tolerance by estimating and compensating for actuator disturbance and fault degree.During the derivation process,a linearized model of longitudinal dynamics is established.The suggested ILMPC approach is likely to be used in the design of hypersonic vehicle control systems since numerical simulations have demonstrated that it can decrease tracking error and speed up convergence when compared to the offline controller. 展开更多
关键词 hypersonic vehicle actuator fault tracking control iterative learning control(ILC) model predictive control(mpc) fault observer
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基于MPC的仿生尺蠖机器人运动控制
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作者 杜巧玲 薛成泽 郑伟 《沈阳工业大学学报》 北大核心 2025年第1期124-129,共6页
【目的】随着科技的日新月异,人们的生活环境也在发生着巨大的变化。工业化的聚集以及人口密度的增加促使建筑不断向上增高或向下延伸,出现了很多人们不方便到达或是无法到达的地方,但这些地方机器人却可以到达。目前机器人最热门的研... 【目的】随着科技的日新月异,人们的生活环境也在发生着巨大的变化。工业化的聚集以及人口密度的增加促使建筑不断向上增高或向下延伸,出现了很多人们不方便到达或是无法到达的地方,但这些地方机器人却可以到达。目前机器人最热门的研究方向之一是非常规结构机器人,通过精简自身的冗余结构以及体积,增加对应的功能结构,使机器人可以在不适宜人们工作的地方代替人们进行相应的工作。【方法】研制了一款适合攀爬的仿尺蠖机器人。针对优化尺蠖机器人在运动过程中的步态问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的仿生吸盘式尺蠖机器人运动控制方法。根据章鱼的吸盘结构设计了仿章鱼负压式吸盘以及吸盘控制模型,利用气压传感器反馈的数据实现闭环控制;基于MPC仿生吸盘控制器提出了基于模型预测仿生吸盘控制的仿尺蠖机器人运动步态。【结果】机器人仿真实验和测试结果表明,基于MPC仿生吸盘控制器(MPC-BSC)在吸盘气压优化上相较PID控制有明显优势,MPC-BSC仿尺蠖机器人可以在水平和竖直的瓷砖平面完成“Ω”型运动步态。本文的主要研究结果如下:设计了仿章鱼负压式吸盘,并提出了吸盘控制模型。在负压控制下,可以调整吸盘的吸附压力以满足躯干结构运动对吸附力的需求。提出了基于MPC的仿生吸盘控制算法,该算法通过调节真空泵流速进而实现对吸盘吸附力的调节。设计了仿生吸盘式尺蠖机器人,其躯干结构安装了4个纵向伺服电机和2个横向伺服电机,可以实现“Ω”型运动步态和转向步态。提出了MPC-BSC的运动步态规划,实现“Ω”型运动步态和转向步态。实验测试了仿生吸盘的性能,验证边缘结构对仿生吸盘吸附力的作用。【结论】通过仿真实验测试了基于MPC的仿生吸盘控制算法的可行性,实验验证了仿尺蠖机器人可以在不同倾角、不同材质的平面上实现“Ω”型步态和转向步态。本文研制的仿生吸盘结构为机器人的吸附功能拓展了应用场景,降低了吸附功能的复杂性;提出的“Ω”型运动步态对异形机器人的运动具有很好的参考价值,使其能够在复杂地形下进行简单高效的运动。 展开更多
关键词 仿生吸盘 仿生尺蠖 机器人 运动规划 机械设计 电机控制 嵌入式系统 姿态控制
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基于变预测时域的MPC车辆纵横向跟踪控制研究
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作者 卢国强 高伟 邓召文 《拖拉机与农用运输车》 2025年第4期29-32,共4页
为了改善MPC控制精度,提升汽车在不同车速下的轨迹跟踪精度和稳定性,提出一种变预测控制时域的MPC纵横向跟踪控制器。首先搭建汽车动力学模型,然后根据不同的预测时域、控制时域对MPC控制器的影响,分别设计了自适应MPC横向控制器、位置... 为了改善MPC控制精度,提升汽车在不同车速下的轨迹跟踪精度和稳定性,提出一种变预测控制时域的MPC纵横向跟踪控制器。首先搭建汽车动力学模型,然后根据不同的预测时域、控制时域对MPC控制器的影响,分别设计了自适应MPC横向控制器、位置速度的双PID纵向控制器,最后,以纵向车速为耦合点开发了纵横向综合控制系统,并搭建MatLab/Simulink和CarSim联合仿真平台,在不同车速下对设计的纵横向轨迹跟踪控制系统进行了仿真研究。结果表明,设计的变预测时域MPC纵横向跟踪控制器提升了车辆的高低速轨迹跟踪精度,有效的缩短了跟踪误差,同时保证了行驶稳定性和舒适性。 展开更多
关键词 变预测控制时域 mpc控制器 双PID控制 纵横向控制
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自适应MPC智能车轨迹跟踪控制 被引量:3
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作者 黄益绍 王博 +1 位作者 李晨艳 袁朋涛 《中国测试》 北大核心 2025年第2期169-175,共7页
为解决智能车在不同车速行驶时稳定性差、轨迹跟踪误差大的问题,提出一种自适应参数控制器。首先,基于简化的三自由度动力学模型,根据Fiala轮胎公式建立轮胎的非线性模型,采用递归最小二乘法识别轮胎侧偏刚度的变化;针对车辆在不同速度... 为解决智能车在不同车速行驶时稳定性差、轨迹跟踪误差大的问题,提出一种自适应参数控制器。首先,基于简化的三自由度动力学模型,根据Fiala轮胎公式建立轮胎的非线性模型,采用递归最小二乘法识别轮胎侧偏刚度的变化;针对车辆在不同速度行驶时轨迹跟踪偏差较大的问题,由600组离线仿真实验筛选出287条有效数据组合,采用TOPSIS熵权法得到不同车辆行驶速度下预测时域和控制时域的最优组合,并对每一组速度和与之对应的时域参数做出样条插值拟合处理,设计自适应参数控制律。使用CarSim/Simulink联合仿真,对比固定参数控制器与自适应参数控制器的仿真效果,结果表明:车辆在加减速工况下最大横向偏差缩小48.8%,最大航向偏差缩小63.3%,最大质心侧偏角缩小5.5%。可见,文章设计的参数自适应控制器更具稳定性,跟踪性能更好。 展开更多
关键词 模型预测控制 侧偏刚度 智能车辆 自适应 轨迹跟踪
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