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...

液压履带式车辆由于操作简单,履带抓地力牢,可适应各种复杂的路面场景,被广泛应用于农业、工业等场景,但履带式车辆属于典型的非线性系统且控制响应存在响应滞后,在无人驾驶过程中执行轨迹跟踪任务时,使用传统的运动控制算法往往达不到对控制精度、稳定性和实时性的要求,故本文引入模型预测控制算法(MPC),来解决液压履带式车辆的轨迹跟踪控制问题。首先建立履带式车辆的运动学模型,之后针对路径的离散性,通过三次样条曲线进行路径拟合插值平滑,最后以液压履带式车辆的性能参数为约束条件,通过误差项修正建模误差、液压迟滞和滑动转向误差,完成基于MPC的轨迹跟踪控制器的设计,,实现液压履带式车辆高精度控制。

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。

基于永磁同步电机直接转矩控制方法电压矢量选择区域,结合不同幅值和相位的电压矢量变化时对磁链和转矩的影响规律,在电压矢量的4个选择区域扩展多个电压矢量。同时根据不同转矩磁链增减要求,选择合适的电压矢量组。最后使用可变权重系数的模型预测控制选择最优矢量。仿真结果表明:通过使用扩展的电压矢量,PMSM直接转矩控制运行良好,磁链和转矩控制均符合要求,转矩波动较小,转速曲线响应迅速且波动较小,定子磁链为理想圆。

为提高分布式驱动电动汽车行驶稳定性,基于模型预测控制提出一种将驱动电机和各执行器的饱和输出力矩作为控制输入约束、将横摆角速度作为输出约束的汽车稳定性控制方法。建立2自由度的车辆状态空间模型作为预测模型,计算跟踪期望横摆角速度所需的附加横摆力矩,考虑电机和液压制动系统等约束设计三种控制分配算法,将上述算法应用于四轮驱动的7自由度整车模型进行仿真,结果表明:以轮胎负荷率平方的方差与均值加权最小为目标的优化控制分配方法,可有效提高分布式驱动电动汽车的横摆稳定性。

为了提高电动汽车电液盘式制动器扭矩跟踪精度,降低车辆行驶中能量消耗,采用模型预测控制方法,并对控制输出结果进行仿真验证。创建电动汽车电液盘式制动器模型,根据离散一阶模型推导出电机转矩方程式,利用积分离散化对车轮打滑动力学方程进行离散化,从而推导出车辆滑移率空间表达式。设计模型预测控制系统,利用积分作用增强控制系统的抗干扰能力,通过李雅普诺夫函数对控制系统的稳定性进行证明。采用MATLAB软件对电动汽车电液盘式制动器控制效果进行仿真,与级联PI控制效果进行对比。结果显示:采用级联PI控制,电液盘式制动器控制系统反应速度较慢,车轮转矩和滑移率跟踪误差较大,电量消耗较多;采用模型预测控制,电液盘式制动器控制系统反应速度较快,车轮转矩和滑移率跟踪误差较小,电量消耗较少。电动汽车电液盘式制动器采用模型预...