针对四轮独立驱动电动汽车直线行驶跑偏及行驶稳定性问题,提出驱动转矩协调控制策略。该策略采用分层控制逻辑,上层控制逻辑层负责车速跟随控制、附加横摆力矩计算、驱动防滑控制;下层控制逻辑层负责驱动转矩协调分配。基于车辆动力学软件Carsim和MATLAB/Simulink搭建四轮独立驱动电动汽车协调控制系统仿真模型,在高附着、低附着和对开路面等典型工况进行仿真,结果表明,相比于转矩平均分配及无控制,协调控制策略使车辆横摆角速度保持在0±0.05(°)/s,且车轮滑转率控制在最优滑转率范围内,提高了车辆直驶稳定性。

为改善车辆自适应巡航控制(ACC)系统的功能并使其控制系统的性能更加完善,本文中研究一种ACC系统建模和分层控制方法。采用Prescan与Simulink建立了一种车辆纵向动力学模型,设计了具有上、下两层结构的自适应巡航控制系统,控制器基于Matlab/Simulink进行建模,上层结构通过最优控制理论计算出理想的期望跟车加速度,下层结构将期望跟车加速度作为输入量对车辆进行相应的加速和减速控制,通过对汽车距离差和相对速度的计算和推理,实时调整本车加速度。结果表明,所建立的巡航控制系统可以较好的实现车辆自适应巡航功能,并且保证良好的跟踪性、安全性和适应性。该控制算法具有响应速度快、超调量小、能够消除系统偏差等优点。

针对采用滑移转向方式的轮式机器人,分析了其运动学模型与动力学模型,提出了用于轨迹跟踪控制的分层控制器。基于滑移转向机器人的运动学模型,设计了用于上层轨迹跟踪的模型预测控制器,实现轨迹的快速跟随;基于滑移转向机器人的动力学模型,设计了用于底层速度与横摆角速度跟随的滑膜控制器,实现运动速度的快速跟踪;通过跟踪微分器对轮速微分信号进行滤波,避免噪声的影响。最后通过Simulink与Trucksim联合仿真,验证了所提出的分层控制器的有效性。

针对气动系统动态特性影响受电弓主动控制精度的难题,提出一种计及响应时间延迟的分层控制策略。上层控制器采用混合H;/H;鲁棒控制策略。根据设定的受电弓运行状态的3个性能指标,构建多目标状态反馈控制律。通过求解线性矩阵不等式,得出主动控制力;下层控制器基于内模控制(IMC)理论,采用遗传算法,建立气动系统的一阶等效简化模型,设计仅与单一参数相关的内模-比例积分微分(PID)控制器。加快对上层控制器输出控制值的跟踪速率。通过列车不同运行速度下的仿真计算,验证了分层控制器的有效性和鲁棒性。仿真结果表明,下层控制器能够有效减少响应时间,明显改善气动系统的响应延迟。相比于传统单层控制,分层控制的接触力标准差下降率提高10%左右,有效抑制了弓网耦合振动,提高了高速弓网受流质量。

汽车在复杂工况下紧急制动时容易发生侧滑、甩尾等问题。为提高汽车制动稳定性,设计了一种电液复合制动稳定性控制系统。该系统采用分层控制结构,上层运动控制器根据车辆的运动参数和驾驶员意图计算车辆期望状态,下层控制分配器根据协同控制决策模块实现制动压力及横摆力矩的分配,对车辆进行制动稳定性调节。同时,利用Simulink与Carsim联合仿真平台进行仿真实验。结果表明:所提出的分层控制策略在保证车辆制动效能的基础上,能有效地改善车辆制动时的方向稳定性,控制精度高,鲁棒性好。

针对公共卫生领域消毒机器人存在开发成本高、维护性差等问题,提出一种基于机器人操作系统(ROS)的消毒机器人控制系统方案。该方案基于分层控制的理念将消毒机器人的控制系统分为用户层、决策层以及执行层,各层次功能明确,耦合性低、复用性好、灵活性高。用户层主要用来接收用户的应用指令,起到人机交互的作用;决策层主要承担机器人语音识别、定位与导航、路径规划等核心预算;执行层主要执行决策层发送过来的控制指令,控制机器人运动以及消毒工作。试验结果表明,该控制系统具有可靠性高、灵活性好、低成本等优点。