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基于ILA—LQR—PID的田间智能作业车路径跟踪控制
1
作者 苗凯 任力生 王芳 《中国农机化学报》 北大核心 2026年第2期157-167,176,共12页
智能车辆在田间行驶作业时,常因地面湿滑,摩擦力系数低出现滑移现象。为改善田间智能作业车辆工作效率,减少在湿滑路面上滑移情况,并针对控制算法参数难以确定问题,提出一种逻辑优化算法(ILA),确定LQR—PID控制器参数的控制方法ILA—LQR... 智能车辆在田间行驶作业时,常因地面湿滑,摩擦力系数低出现滑移现象。为改善田间智能作业车辆工作效率,减少在湿滑路面上滑移情况,并针对控制算法参数难以确定问题,提出一种逻辑优化算法(ILA),确定LQR—PID控制器参数的控制方法ILA—LQR—PID对路径进行跟踪控制的策略。首先建立智能车辆动力学模型,设计前馈LQR横向跟踪控制器、PID纵向速度跟踪控制器、转向滑移控制器和制动滑移控制器,并通过逻辑优化算法ILA对各控制器核心参数进行确定。为验证策略的可行性,通过MATLAB/Simulink和Carsim进行联合仿真试验,结果表明:在车速10 km/h、摩擦力系数0.9情况下,ILA—LQR—PID算法策略相比于原始LQR—PID和浣熊优化算法(COA)确定控制器参数的控制方法COA—LQR—PID,平均速度误差、最大横向误差和到点误差分别降低88.1%、85.8%、98.6%和6%、41.1%、57.3%;在车速10 km/h、摩擦力系数0.3情况下,分别降低61.1%、76.9%、97.7%和28.5%、36.3%、58.2%;在车速30 km/h、摩擦力系数0.9情况下,分别降低44.8%、92.2%、99.1%和26.9%、77.8%、91.5%。误差均为厘米级,能够满足田间作业要求,为智慧农业提供技术支持。 展开更多
关键词 田间智能作业车 路径跟踪 lqr控制 PID控制 逻辑优化算法
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基于SA-PSO轨迹追踪LQR横向控制优化 被引量：1
2
作者 黄益绍 郭钦 周润湘 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第8期19-27,共9页
为解决线性二次型调节器(LQR)中的系数矩阵Q和R选取困难的问题,针对LQR算法进行优化。基于模拟退火算法和粒子群算法提出模拟退火粒子群优化(SA-PSO)算法,并且对于学习因子提出线性异步变化优化方法提高算法的搜索效率。基于二自由度动... 为解决线性二次型调节器(LQR)中的系数矩阵Q和R选取困难的问题,针对LQR算法进行优化。基于模拟退火算法和粒子群算法提出模拟退火粒子群优化(SA-PSO)算法,并且对于学习因子提出线性异步变化优化方法提高算法的搜索效率。基于二自由度动力学模型建立前馈LQR,加入预测模型模块提高模型控制精度。利用LQR的代价函数作为适应度函数优化权重参数矩阵,分析对比提出的SA-PSO算法和粒子群(PSO)优化算法的跟踪控制效果。通过Simulink/Carsim联合仿真实验,结果表明:SA-PSO算法相较于PSO算法在同等横向控制精度前提下前轮转角控制降低28.83%,相较于固定权值LQR,其前轮转角控制降低44.58%。提高了汽车行驶时的稳定性和平滑性,且具有较高鲁棒性。 展开更多
关键词 汽车工程 横向控制 粒子群算法优化 线性二次型调节器(lqr) 轨迹跟踪
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考虑时变参数的自适应LQR智能车辆路径跟踪控制方法
3
作者 张亚娟 冯灵霞 李国斌 《计算机科学》 北大核心 2025年第10期308-316,共9页
为解决智能车辆循迹过程中,轮胎侧偏刚度摄动引发模型不确定导致的车辆循迹精度及稳定性下降的问题,提出了一种考虑轮胎侧偏刚度时变特性的智能车辆循迹控制方法。首先,基于改进的集员滤波算法及双轨动力学模型建立轮胎侧向力估计器,利... 为解决智能车辆循迹过程中,轮胎侧偏刚度摄动引发模型不确定导致的车辆循迹精度及稳定性下降的问题,提出了一种考虑轮胎侧偏刚度时变特性的智能车辆循迹控制方法。首先,基于改进的集员滤波算法及双轨动力学模型建立轮胎侧向力估计器,利用轮胎侧向力模型计算值与估计值之差设计轮胎侧偏刚度自适应更新规则;其次,将实时更新的轮胎侧偏刚度用于求解实时最优前轮转角,进而提出一种轮胎侧偏刚度自适应的ALQR智能车辆循迹控制器。CarSim与Simulink联合仿真和硬件在环仿真实验结果表明:ALQR控制器在高、低路面附着系数条件下较LQR(Linear Quadratic Regulator)跟踪精度平均提高65.867%,尤其在低附路面,LQR控制器忽略了轮胎刚度变化引发的循迹性能显著下降的问题,而ALQR控制器可通过实时更新的轮胎侧偏刚度实时求解最优前轮转角,保证了车辆循迹精度与稳定性。提出的考虑轮胎实时侧偏刚度的智能车辆循迹ALQR控制方法具有良好的适用性与实时性,对智能车辆控制系统设计具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 智能车辆 路径跟踪控制 侧向力估计 轮胎侧偏刚度 lqr 硬件在环
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基于五次多项式规划和模糊LQR控制的平行泊车研究 被引量：1
4
作者 张成涛 王瑞敏 +3 位作者 张方 赵晓卓 骆远鹏 黎俊宏 《汽车工程学报》 2025年第2期211-223,共13页
针对自动泊车路径规划中曲率不连续的问题,基于对车辆运动学的分析,将圆弧-直线-圆弧规划方法与泊车任务的逆过程相结合,采用五次多项式优化方法来规划泊车路径,得到曲率连续的紧凑泊车轨迹。为了提高泊车跟踪精度,利用模糊控制方法对... 针对自动泊车路径规划中曲率不连续的问题,基于对车辆运动学的分析,将圆弧-直线-圆弧规划方法与泊车任务的逆过程相结合,采用五次多项式优化方法来规划泊车路径,得到曲率连续的紧凑泊车轨迹。为了提高泊车跟踪精度,利用模糊控制方法对基于运动学模型的离散LQR跟踪控制器进行改进。为验证算法的有效性进行了仿真与试验验证,在Simulink/CarSim协同仿真中,其最大跟踪误差为0.027 m,平均跟踪误差为0.013 m。在实车试验中,最大跟踪误差为0.07 m,平均跟踪误差为0.029 m。相较于LQR跟踪控制器,FUZZY-LQR跟踪控制器的平均跟踪误差降低了33%,改善了自动泊车路径跟踪效果。 展开更多
关键词 自动泊车 路径规划 五次多项式优化 模糊控制 lqr
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基于模糊自适应前馈LQR的智能车辆跟踪控制
5
作者 唐斌 米伟 +1 位作者 田宁 许占祥 《昆明理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期185-195,共11页
路径跟踪控制是智能车辆自动驾驶系统的关键技术.为提高智能车辆路径跟踪控制精度和控制器的自适应性,提出了一种基于模糊自适应权重的前馈LQR控制方法.基于二自由度车辆动力学模型构建了路径跟踪误差模型,在此基础上设计了LQR反馈控制... 路径跟踪控制是智能车辆自动驾驶系统的关键技术.为提高智能车辆路径跟踪控制精度和控制器的自适应性,提出了一种基于模糊自适应权重的前馈LQR控制方法.基于二自由度车辆动力学模型构建了路径跟踪误差模型,在此基础上设计了LQR反馈控制律,并采用前馈补偿控制消除道路曲率扰动的影响.为增强控制器的自适应性和路径跟踪的准确性,提出了基于模糊理论的LQR参数动态调整策略,并开展了Simulink/Trucksim联合仿真和实车试验.仿真结果显示:相较于LQR、前馈LQR,所提出的控制方法作用下的横向误差分别减小1.1 m、0.3 m,航向误差分别减小0.07°、0.03°;相较于MPC,控制实时性得到有效提高.仿真结果与试验结果均表明所提出的控制方法在弯道工况和双移线工况下都具有较好的路径跟踪效果和自适应性能. 展开更多
关键词 智能车辆 路径跟踪 误差模型 lqr 自适应模糊控制
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油气井钻柱轴-扭双向振动LQR控制研究
6
作者 李欣业 张文博 +2 位作者 郭晓强 张文学 Ye Chengyang 《石油机械》 北大核心 2025年第10期86-95,共10页
为有效解决钻柱轴-扭双向振动引发的失效问题,借助钻杆3自由度动力学模型,开展了线性二次型调节器LQR控制对钻柱轴向振动和扭转振动抑制效果的仿真研究。根据LQR控制策略分别设计了扭转和轴向反馈控制器,模拟分析了无反馈控制器、只施... 为有效解决钻柱轴-扭双向振动引发的失效问题,借助钻杆3自由度动力学模型,开展了线性二次型调节器LQR控制对钻柱轴向振动和扭转振动抑制效果的仿真研究。根据LQR控制策略分别设计了扭转和轴向反馈控制器,模拟分析了无反馈控制器、只施加扭转反馈控制器、只施加轴向反馈控制器以及同时施加扭转和轴向反馈控制器4种情况下工作参数对系统响应的影响,并将双向LQR控制与顶驱控制的仿真结果进行了对比分析。研究结果表明:只有当同时施加扭转方向和轴向的LQR反馈控制时,钻柱的黏滑运动和跳钻才均被有效抑制;对比顶驱控制,基于LQR控制策略设计的轴-扭双向反馈控制器对系统的振动控制效果更好。研究结论可为钻柱振动控制研究提供理论参考。 展开更多
关键词 钻柱轴-扭耦合振动 lqr控制 3自由度模型 输入角速度 轴向相对位移
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主动悬架LQR控制器多目标联合优化设计
7
作者 徐劲力 黄振亮 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第7期28-34,共7页
针对引入轮毂电机使非簧载质量增大,引起电动汽车振动负效应问题,分析了主被动并联式悬架系统中,被动悬架弹簧刚度、减振器阻尼对车辆乘坐舒适性、轮胎接地性、安全性以及主动悬架能耗性能的影响。为实现被动悬架弹簧刚度、减振器阻尼... 针对引入轮毂电机使非簧载质量增大,引起电动汽车振动负效应问题,分析了主被动并联式悬架系统中,被动悬架弹簧刚度、减振器阻尼对车辆乘坐舒适性、轮胎接地性、安全性以及主动悬架能耗性能的影响。为实现被动悬架弹簧刚度、减振器阻尼与主动悬架线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)相匹配,提出将被动悬架参数与主动悬架LQR控制器参数相结合的联合优化设计方法,基于非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmsⅡ,NSGA-Ⅱ),求解最优被动悬架参数与主动悬架LQR控制器权重矩阵。结果表明:联合优化后的NSGA-LQR控制器相较于被动悬架系统,车身垂向加速度、悬架动挠度、轮胎动位移的均方根值分别降低22.52%、26.34%和2.30%。联合优化后的NSGA-LQR控制器一定程度上兼顾了车辆乘坐舒适性与安全性,相较于传统LQR控制,改善了轮毂电机电动汽车垂向振动负效应。 展开更多
关键词 主动悬架 轮毂电机 lqr控制 NSGA-Ⅱ 平顺性
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基于遗传算法优化的LQR路径跟踪控制 被引量：3
8
作者 王文博 赵书尚 +1 位作者 李阁强 李子璋 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第3期325-329,337,共6页
针对转向机器人路径跟踪问题,设计了基于遗传算法优化的线性二次型最优控制器(LQR)。首先建立车辆二自由度“自行车”动力学模型,得到车辆横向误差模型。然后构建横向误差目标函数,设计线性二次型最优状态调节器(LQR),得到控制车辆的前... 针对转向机器人路径跟踪问题,设计了基于遗传算法优化的线性二次型最优控制器(LQR)。首先建立车辆二自由度“自行车”动力学模型,得到车辆横向误差模型。然后构建横向误差目标函数,设计线性二次型最优状态调节器(LQR),得到控制车辆的前轮转角。进一步地,在控制环中加入前馈控制以消除稳态误差。在此基础上,采用遗传算法迭代优化权重矩阵Q、R来改进LQR控制器。经过Simulink与Carsim联合仿真表明,采用遗传算法优化后的LQR算法相较于未优化的LQR,横向误差减小了53%,并且大大节省了找寻最优权重矩阵的时间。 展开更多
关键词 横向运动控制 路径跟踪 遗传算法(GA) 线性二次型最优控制(lqr)
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基于麻雀算法优化的LQR农机横向跟踪控制方法 被引量：1
9
作者 魏世博 吴翔 +2 位作者 王瞧 牛群峰 樊广晓 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第6期250-258,298,共10页
路径跟踪在智能农机中至关重要。针对线性二次型调节器(LQR)的系数矩阵Q和R选取困难易造成跟踪精度不佳问题,提出一种基于麻雀算法优化的LQR农机横向跟踪控制方法。首先,以拖拉机二自由度车辆动力学为基础,构建横向跟踪误差模型,并采用... 路径跟踪在智能农机中至关重要。针对线性二次型调节器(LQR)的系数矩阵Q和R选取困难易造成跟踪精度不佳问题,提出一种基于麻雀算法优化的LQR农机横向跟踪控制方法。首先,以拖拉机二自由度车辆动力学为基础,构建横向跟踪误差模型,并采用前馈补偿的方式抑制稳态误差。其次,设定横向误差阈值,一旦超过该误差阈值,将采用麻雀算法对权重系数进行优化调整,以提高路径跟踪精度。最后,运用CarSim—Simulink平台进行联合仿真,通过3种不同曲率的单弯道路径和多弯道正弦路径对农机横向跟踪控制器进行精度测试,并与传统LQR控制器、传统MPC控制器、粒子群优化LQR控制器进行试验对比。结果表明,传统LQR控制器和传统MPC控制器以及粒子群优化LQR控制器在4条路径下平均横向误差分别为0.0667 m、0.0749 m、0.0359 m,而具备麻雀优化功能的控制器平均横向误差最大为0.015 m,具有较好的跟踪效果。 展开更多
关键词 智能农机 横向跟踪 lqr 麻雀算法 自适应权重 粒子群优化
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基于LQR和PID联合控制的铰接车路径跟踪 被引量：2
10
作者 郝俊 朱一峰 侯丽春 《机械设计与研究》 北大核心 2025年第1期320-327,332,共9页
针对目前铰接车的路径跟踪控制器仍存在着许多问题,设计了一种结合PID和LQR的联合控制算法来实现铰接车的路径跟踪。首先,使用牛顿欧拉法建立了铰接车三自由度动力学模型,并根据运动学知识建立了运动学模型。然后,根据frenet坐标系推导... 针对目前铰接车的路径跟踪控制器仍存在着许多问题,设计了一种结合PID和LQR的联合控制算法来实现铰接车的路径跟踪。首先,使用牛顿欧拉法建立了铰接车三自由度动力学模型,并根据运动学知识建立了运动学模型。然后,根据frenet坐标系推导得到了运动学误差模型,以此模型为基础建立了前馈+反馈的离散LQR控制器,并使用拉格朗日乘子法对离散LQR问题进行了求解计算,同时设计了一种适用于离散路径的误差计算方法。最后,使用PID控制器来控制LQR求解得到的参考铰接角速度。通过Simulink平台对控制算法进行测试,结果表明:在正弦转向路径,圆形路径以及垂直转向路径下均有着不错的跟踪效果,证明了控制器的有效性。 展开更多
关键词 铰接车 路径跟踪 lqr控制器 PID控制器 拉格朗日乘子法
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考虑参数自适应的电液馈能悬架LQR控制研究 被引量：1
11
作者 邹俊逸 程进 +1 位作者 左鑫凯 郭思婧 《振动与冲击》 北大核心 2025年第9期109-118,126,共11页
电液馈能悬架具有阻尼调节和能量回收的功能,兼顾了减振和能耗两方面,合理的控制系统设计可有效改善车辆的平顺性和能耗水平。因此,针对电液馈能悬架提出了一种考虑参数自适应的线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)控制... 电液馈能悬架具有阻尼调节和能量回收的功能,兼顾了减振和能耗两方面,合理的控制系统设计可有效改善车辆的平顺性和能耗水平。因此,针对电液馈能悬架提出了一种考虑参数自适应的线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)控制策略,旨在实现控制系统的快速收敛和性能最优化。首先,由于传统LQR在参数选择上对于经验存在较高的依赖性,利用改进鲸鱼算法实现了加权系数的自适应寻优,可有效提高控制系统的计算效率;其次,将传统鲸鱼算法中的线性收敛因子改为非线性收敛因子,实现全局寻优和局部寻优的平衡,可较好地降低寻优的时间;此外,为解决现有算法容易陷入局部最优的问题,还提出了一种结合自适应权重系数和随机差分变异的策略来代替鲸鱼算法中的个体更新策略;最后,基于AMESim软件建立了电液馈能减振器的仿真模型,并搭建了试验台架,展开了阻尼特性等试验,仿真结果与试验数据吻合,验证了电液馈能减振器模型的精确性;在此基础上,基于MATLAB/Simulink软件分别搭建了LQR、传统鲸鱼算法优化LQR和改进鲸鱼算法优化LQR三种控制器,构建了MATLAB/AMESim软件的联合仿真模型,在随机路面上进行对比分析。仿真结果表明,基于改进鲸鱼算法优化的LQR可以使车身加速度、悬架动位移均方根值分别降低38.17%、74.71%,悬架的馈能功率、车轮动位移分别提高了22.50%、8.55%,验证了所提方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 电液馈能悬架 线性二次调节(lqr)控制器 参数自适应 改进鲸鱼算法
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基于PSO-LQR的无人机-无人车一致性控制器的设计 被引量：1
12
作者 张艺馨 周祖鹏 《桂林电子科技大学学报》 2025年第2期175-181,共7页
针对无领导者、具有固定无向通信方式的无人机-无人车组成的异构系统,在现有的一致性控制器设计方法的基础上,设计了一种基于粒子群算法优化的线性二次型(PSO-LQR)一致性控制器。首先,建立了无人机-无人车异构系统模型;其次,基于该系统... 针对无领导者、具有固定无向通信方式的无人机-无人车组成的异构系统,在现有的一致性控制器设计方法的基础上,设计了一种基于粒子群算法优化的线性二次型(PSO-LQR)一致性控制器。首先,建立了无人机-无人车异构系统模型;其次,基于该系统的一致性问题设计了PSO-LQR一致性控制器,并给出了一致性控制参数的选取范围。与LQR一致性控制器进行仿真对比分析,结果表明,该控制器减小了线性二次型调节器(LQR)的超调,达到一致性的时间降低了10 s,即在该控制器的作用下,可以智能化地调节系统参数,消除了人为选取参数的主观性,提高了系统的稳定性。总体仿真结果表明,无人机-无人车在27 s达到一致性。 展开更多
关键词 无人机-无人车 一致性 线性二次型(lqr) 粒子群算法(PSO) 异构系统
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改进遗传算法优化的空气半主动悬架LQR控制研究 被引量：1
13
作者 吕星辰 李成冬 +1 位作者 徐忠华 万益东 《汽车实用技术》 2025年第11期68-72,88,共6页
针对空气半主动悬架系统线性二次型调节器(LQR)控制方法中权重系数参数选取存在局限性,并在很大程度依靠人工经验的问题,利用改进遗传算法优秀的全局优化搜索能力和并行能力,提出了一种改进遗传算法(GA)优化LQR控制参数的策略。首先,建... 针对空气半主动悬架系统线性二次型调节器(LQR)控制方法中权重系数参数选取存在局限性,并在很大程度依靠人工经验的问题,利用改进遗传算法优秀的全局优化搜索能力和并行能力,提出了一种改进遗传算法(GA)优化LQR控制参数的策略。首先,建立1/4车辆半主动悬架系统数学模型,并在Simulink环境下搭建带有LQR控制器的仿真模型;然后,进行改进遗传算法优化LQR控制器的仿真实验。仿真结果显示,与被动悬架系统相比,在B、C级随机路面条件下,基于改进遗传算法的LQR控制器使得车身加速度峰值分别下降了42.17%、47.23%,提高了车辆的乘坐舒适性。 展开更多
关键词 半主动悬架 lqr控制 车身加速度 改进遗传算法
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基于IQGA算法的无人驾驶车辆LQR轨迹跟踪控制研究
14
作者 刘刚 张泽 +2 位作者 杨旭 王文竹 任宏斌 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第12期1-10,共10页
为了提高无人驾驶车辆的轨迹跟踪精度,提出一种基于改进量子遗传算法的无人驾驶车辆LQR轨迹跟踪控制方法。首先,针对LQR控制器存在稳态误差较大以及预见性不足的问题,设计了前馈模块以及预测模块。其次,针对LQR控制器权重参数难以选取... 为了提高无人驾驶车辆的轨迹跟踪精度,提出一种基于改进量子遗传算法的无人驾驶车辆LQR轨迹跟踪控制方法。首先,针对LQR控制器存在稳态误差较大以及预见性不足的问题,设计了前馈模块以及预测模块。其次,针对LQR控制器权重参数难以选取的问题,使用量子遗传算法对参数进行优化选取。然后,针对量子遗传算法中量子旋转门的旋转角度固定导致算法容易陷入局部最优值以及种群多样性不够丰富的问题,设计了自适应动态旋转角度调整策略以及离散系数判定机制。最后,改进后的LQR控制算法(IQGA-LQR算法)在Simulink-Carsim联合仿真平台上进行了双移线轨迹跟踪测试,仿真结果表明:相较于传统LQR、GA-LQR、QGA-LQR算法,IQGA-LQR算法的横向误差峰值分别降低了63.10%、50.15%、39.44%,均方根误差分别降低了50.68%、41.03%、34.86%。 展开更多
关键词 车辆工程 QGA IQGA lqr 轨迹跟踪控制 无人驾驶
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基于前馈LQR算法的机电式主动悬架控制研究
15
作者 王凯正 林棻 +1 位作者 狄桓宇 钟国旗 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第7期53-59,共7页
机电式主动悬架系统实现车辆垂向性能调节时,由于机电系统的转动惯量属性,经典二自由度1/4车悬架模型无法描述该悬架系统的运动。此外,道路激励常被作为悬架状态空间的扰动项,由于道路激励无法准确估计,因此考虑道路激励的多维LQR控制... 机电式主动悬架系统实现车辆垂向性能调节时,由于机电系统的转动惯量属性,经典二自由度1/4车悬架模型无法描述该悬架系统的运动。此外,道路激励常被作为悬架状态空间的扰动项,由于道路激励无法准确估计,因此考虑道路激励的多维LQR控制率也无法直接构成。为解决上述问题,设计了一种全新的主动悬架前馈LQR控制方法(FF-LQR)。一方面基于三自由度1/4车悬架模型对LQR算法进行针对性设计,另一方面通过构建轮胎-车身运动模型,实现悬架动行程的实时反馈,并以此构建前馈控制率。仿真结果表明:与LQR算法相比,FF-LQR能够进一步降低车身垂向加速度的RMS值和轮胎动变形的RMS值,提高车辆舒适性。 展开更多
关键词 主动悬架系统 1/4车悬架模型 前馈控制 lqr算法
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基于7自由度模型与LQR转矩分配的茶园四轮独立驱动底盘稳定性控制研究
16
作者 刘和来 吴罗发 +4 位作者 舒时富 叶春 赵爽 陈道根 熊锦 《南方农机》 2025年第24期18-23,共6页
【目的】解决传统农业机械在丘陵山地茶园普遍存在的机动性差、侧滑失稳风险高、轨迹跟踪精度不足等问题。【方法】提出了一种面向茶园复杂工况的四轮独立驱动底盘稳定性控制策略。首先,考虑茶园垄间起伏导致的垂直载荷转移及低附着路... 【目的】解决传统农业机械在丘陵山地茶园普遍存在的机动性差、侧滑失稳风险高、轨迹跟踪精度不足等问题。【方法】提出了一种面向茶园复杂工况的四轮独立驱动底盘稳定性控制策略。首先,考虑茶园垄间起伏导致的垂直载荷转移及低附着路面的轮胎非线性特性,建立包含纵向、侧向、横摆及四轮旋转运动的整车7自由度动力学模型,并引入适配茶园土壤力学特性的Dugoff轮胎模型,精准描述轮胎-茶园地面耦合作用机理。其次,设计“上层决策+下层分配”的分层控制架构:上层基于LQR设计直接横摆力矩控制器,针对茶园低速作业和窄行距转向需求,以零化质心侧偏角、跟踪理想横摆角速度为目标,动态生成附加横摆力矩;下层采用WLS算法,结合茶园路面附着系数动态变化与车轮垂直载荷实时波动特性,在电机峰值转矩与轮胎附着圆约束下,实现四轮驱动力矩最优分配。最后,基于MATLAB/Simulink与CarSim搭建联合仿真平台,设置窄行距蛇形避障的茶园真实作业场景测试工况。【结果】与“无控制”策略相比,所提方法使底盘横摆角速度峰间波动幅度降低29.3%,质心侧偏角峰间值降低17.2%,侧向加速度峰间值降低27.1%,在茶园复杂工况下显著提升了底盘轨迹跟踪精度与行驶稳定性。【结论】本研究解决了茶园行驶安全与作业精度难题,为茶园智能作业装备的研发提供了关键技术支撑,并有助于丰富农业非结构化环境下分布式驱动车辆控制理论。 展开更多
关键词 茶园专用底盘 四轮独立驱动 动力学模型 lqr控制 转矩优化分配
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改进型LQR控制器在磁悬浮列车悬浮控制中的应用 被引量：4
17
作者 姚文华 《铁路通信信号工程技术》 2025年第7期10-17,共8页
针对磁悬浮列车的悬浮控制问题,提出一种基于改进型线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)控制器算法的解决方案。首先建立单电磁铁动力学模型,在建模过程中考虑轨道的不平顺因素;其次分析模型的能观能控性,在此基础上设计... 针对磁悬浮列车的悬浮控制问题,提出一种基于改进型线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)控制器算法的解决方案。首先建立单电磁铁动力学模型,在建模过程中考虑轨道的不平顺因素;其次分析模型的能观能控性,在此基础上设计带偏差积分的改进型LQR控制器;最后对所设计的控制器进行仿真验证,验证改进型LQR控制器在列车悬浮系统控制中应用的可行性、有效性。 展开更多
关键词 磁悬浮列车 悬浮控制系统 改进型lqr
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基于LQR和卡尔曼滤波的倒立摆系统鲁棒性分析 被引量：1
18
作者 霍婷婷 李艳 张庆 《自动化与仪表》 2025年第1期11-16,22,共7页
一级倒立摆系统作为经典的控制理论实验装置,具有高度非线性和不稳定性,因此对其进行精确控制和状态估计具有重要的研究意义。该研究旨在提高倒立摆系统的鲁棒性,提出了一种基于LQR控制和卡尔曼滤波的综合方法。首先,建立倒立摆系统的... 一级倒立摆系统作为经典的控制理论实验装置,具有高度非线性和不稳定性,因此对其进行精确控制和状态估计具有重要的研究意义。该研究旨在提高倒立摆系统的鲁棒性,提出了一种基于LQR控制和卡尔曼滤波的综合方法。首先,建立倒立摆系统的数学模型,通过线性二次调节器(LQR)设计了最优控制器,以实现系统的稳定控制。其次,增加卡尔曼滤波器对系统状态进行实时估计,提高系统的动态响应性能。通过仿真研究对比分析了不同控制策略下系统的鲁棒性表现。结果表明,融合LQR控制和卡尔曼滤波的方法使得倒立摆的摆杆角度响应时间控制在1 s内,其均方差提高93%,显著改善了倒立摆系统的鲁棒性和控制精度,有效抑制外部扰动的影响。 展开更多
关键词 倒立摆系统 lqr控制 卡尔曼滤波 鲁棒性 状态估计 最优控制
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一种基于改进PSO-LQR的矿车主动四轮转向控制策略研究
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作者 陈智雨 陈泳丹 +2 位作者 刘侃 周靖 雷羿含 《制造业自动化》 2025年第9期35-44,共10页
针对矿车重载荷、长轴距及矿区道路狭窄,道路工况复杂导致的四轮转向性能较差,车辆通过性能降低等问题,提出了一种基于改进PSO-LQR(Particle Swarm Optimization-Linear Quadratic Regulator,粒子群优化-线性二次型调节器)的主动四轮转... 针对矿车重载荷、长轴距及矿区道路狭窄,道路工况复杂导致的四轮转向性能较差,车辆通过性能降低等问题,提出了一种基于改进PSO-LQR(Particle Swarm Optimization-Linear Quadratic Regulator,粒子群优化-线性二次型调节器)的主动四轮转向控制方法。该方法基于改进PSO算法求解合适的权重矩阵,可以随着车辆状态变化动态调整LQR算法得到最优反馈系数。并基于四轮转向二自由度模型,通过改进LQR算法使车辆实时追踪理想横摆角速度及质心侧偏角,随后在矿车四轮转向七自由度车辆动力学模型上进行了验证,最后通过四种实验工况,验证了所提算法的有效性:在正弦转角工况,对比了LQR,PSOLQR,SMC(Sliding Mode Control,滑模控制)算法的跟踪性能:在大转向角变化率工况,体现了改进算法动态调整权重系数的特点,验证了PSO算法计算的实时性:在稳态圆周工况,分析对比了LQR算法及PSO-LQR算法针对主动四轮转向对车辆动力学性能影响:在碎石路面双移线工况下,检验了改进算法的鲁棒性。仿真结果表明,所提出的基于改进PSO-LQR算法的主动四轮转向具有更高的跟踪精度,且PSO算法运算简单,可以动态调整权重系数,使之适应不同工况,具有较强的鲁棒性,实时性。 展开更多
关键词 矿车 主动四轮转向 车辆动力学模型 lqr控制 PSO
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基于变权重系数的LQR多轴特种车辆分层稳定性控制 被引量：1
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作者 程洪杰 侯祯伟 +3 位作者 刘志浩 李建华 赵媛 刘秀钰 《火箭军工程大学学报》 2025年第2期47-58,共12页
为有效提升多轴特种车辆在高附和低附快速机动转向2种极端工况下的转向灵活性与行驶稳定性,以某重型5轴特种车辆为研究对象,基于分层控制结构思路,设计了一种考虑路面条件变化的分层稳定性集成控制系统。上层控制器基于线性二次型调节器... 为有效提升多轴特种车辆在高附和低附快速机动转向2种极端工况下的转向灵活性与行驶稳定性,以某重型5轴特种车辆为研究对象,基于分层控制结构思路,设计了一种考虑路面条件变化的分层稳定性集成控制系统。上层控制器基于线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)的控制策略,实现了后轮主动转向角与附加横摆力矩控制量的计算,并通过模糊控制规则建立了权重矩阵与路面附着系数的关系;下层控制器则基于迭代次数少、实时性高的内点法来实现车轮驱动力矩的最优控制分配。最后,基于Trucksim-Simulink联合仿真平台,对该控制策略的控制效果进行了验证。仿真结果表明:对于低附高速转向工况,相比于无控制车辆,变权重LQR集成控制车辆的横摆角速度与质心侧偏角的幅值与期望值之间的偏差分别降低了89.7%和85.67%,相比于比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制的车辆分别降低了51.72%和57.38%;对于高附高速工况,相比于无控制车辆,变权重LQR控制车辆的横摆角速度与质心侧偏角的幅值与期望值之间的偏差分别降低了85.08%和98.63%,相比于PID控制的车辆分别降低了42.96%和73.48%;在2种工况下,变权重LQR控制器相较于PID控制器均表现出更高的控制精度和响应速度,同时对输入量的需求明显减少,为多轴特种车辆行驶稳定性分析与性能优化提供了参考。 展开更多
关键词 特种车辆 lqr控制 集成控制 主动转向 直接横摆力矩控制 横摆稳定性
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