中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 杨更生西南交通大学 2022年硕士导师: 张卫华共80页

摘要 : 虚拟轨道列车是一种新型的胶轮承载式列车，它结合了道路车辆和轨道列车的优势，属于新型大运量公共交通运载工具的范畴。虚拟轨道列车具有灵活编组、双向行驶、分布式驱动、低地板等特点，具有建设成本低、建设周期短、运载效率高等优点，是解决大中... 展开虚拟轨道列车是一种新型的胶轮承载式列车，它结合了道路车辆和轨道列车的优势，属于新型大运量公共交通运载工具的范畴。虚拟轨道列车具有灵活编组、双向行驶、分布式驱动、低地板等特点，具有建设成本低、建设周期短、运载效率高等优点，是解决大中城市道路交通拥堵的有效方式。本文针对虚拟轨道列车的横向轨迹跟随、纵向驱动协同等问题，开展了以下研究工作：首先根据虚拟轨道列车三节编组的架构特征，建立了轮胎模型、轮毂电机模型、铰接器模型以及车体模型等。其中轮胎模型基于魔术轮胎公式建立；轮毂电机模型基于永磁同步电机建立；铰接器模型基于横向和纵向的弹簧阻尼系统建立；车体模型由单节车体的10自由度动力学模型组成，由此再拓展到三节编组列车的30自由度模型，并在MATLAB/Simulink中建立仿真模型，为后文实现列车的运动控制奠定基础。其次研究虚拟轨道列车的目标轨迹跟随问题，令列车主动转向轴 A1、A2、A4、A6轴质心沿着稳态圆工况行驶，对列车各主动轴车轮转角采用滑模控制跟踪横向偏差；结果表明：列车各主动轴质心横向偏差处于毫米级，主动轴车轮转角控制器响应快、精度高、鲁棒性强。为使相邻列车间横向耦合作用降低，对列车随动转向轴A3、A5轴车轮转角采用线性 PI补偿；结果表明：列车车轮转角补偿后的车间铰接器横向受力大大降低，最大程度上削弱了相邻列车间的横向耦合作用。然后采用简化12自由度列车模型研究虚拟轨道列车的车轮纵向协同问题，令列车主动轴 A1、A2、A4、A6轴车轮采用滑模控制跟踪车轮目标滑转率，列车随动轴 A3、A5轴车轮在滑模控制的基础上增加 PI补偿控制；结果表明：列车各车轮在滑模控制作用下都能快速稳定跟踪目标滑转率；由于空气阻力和行驶阻力的存在，对列车随动轴A3、A5轴车轮采用 PI补偿控制后，列车铰接器纵向受力大大降低，相邻列车间的纵向耦合作用得以削弱。最后在两种行驶工况下进一步研究列车的动态响应。一种是列车采用五次多项式曲线进行单移线工况行驶，结果表明：列车的轨迹跟随能力良好、横向偏差小。另一种是列车通过低附路面对接工况，令 PI控制器跟踪目标加速度得到仿真结果，该结果表明：列车加速度、各个车轮滑转率都快速稳定；铰接器纵向受力迅速收敛至零。收起

关键词 : 虚拟轨道列车轨迹跟随滑模控制纵向协同

2. 大型飞机纵向轨迹优化设计及算法研究

[学位论文] 张鲁红青岛科技大学 2015年硕士导师: 张彦军共67页

摘要 : 在保护国家安全方面，飞机担负着很大的责任，在战争中可以占据很大的优势，而有效的飞行轨迹优化对战术飞行方面至关重要。因此，本文研究了基于改进粒子群算法的大型飞机纵向飞行剖面的设计及其算法，以达到纵向飞行轨迹优化的目的。文中首先... 展开在保护国家安全方面，飞机担负着很大的责任，在战争中可以占据很大的优势，而有效的飞行轨迹优化对战术飞行方面至关重要。因此，本文研究了基于改进粒子群算法的大型飞机纵向飞行剖面的设计及其算法，以达到纵向飞行轨迹优化的目的。文中首先系统阐述了飞机纵向轨迹优化的模型及原理。建立了飞机数学模型，分析了轨迹优化的原理，介绍了飞机轨迹优化的性能指标。数学模型包括运动模型和大气环境模型，而运动模型主要指飞机运动学方程。轨迹优化原理方面主要介绍了庞特里亚金最小值原理和飞机的能量状态近似法。然后本文介绍了基本粒子群算法的背景、原理及流程。粒子群算法目前在决策支持、多目标优化、信号处理及模式识别等领域被广泛运用。接着在深入研究基本粒子群算法的基础上改进了粒子群算法，然后在大型飞机纵向轨迹优化过程中运用了该算法并取得了良好的效果。优化过程中首先深入分析了爬升段、巡航段以及下降段的优化原理，随后构建了爬升段、下降段以及巡航段的适应度函数，接着通过惯性权重的设置改进了基本粒子群算法，最后运用该算法分别对巡航段、爬升段和下降段的成本进行了寻优。最后通过Matlab软件进行仿真，并给出结果分析。比较分析得出的结论是:节省燃料的原则是增加爬升和巡航高度，缩短爬升距离，增加巡航距离，降低爬升和巡航速度;而以最小时间为性能指标飞行时，则降低爬升和巡航高度，增加爬升距离，减少巡航距离，提高爬升和巡航速度。由耗油最少和时间最短飞行模式比较可知，二者是相互矛盾的，因此，需要根据实际情况选取合适的操作模式，或者依据实际需要加入时间成本指数，取二者的平衡点，以圆满完成飞行任务。收起

关键词 : 飞机纵向轨迹优化设计改进粒子群算法

3. 无人倾转旋翼机过渡段纵向控制策略研究

[学位论文] 左卓南京航空航天大学 2020年硕士导师: 黄一敏共115页

摘要 : 倾转旋翼机是一种将直升机的垂直起降优势和固定翼飞机的高速长航程性能融为一体的新型飞行器，因其优秀的飞行性能而备受青睐。倾转旋翼机包括三种飞行模式：直升机模式、固定翼模式以及倾转过渡模式，过渡模式作为前两者飞行模式之间的纽带，是无人... 展开

关键词 : 无人倾转旋翼机过渡段纵向控制轨迹跟踪

4. 基于纵向坡道可行驶性预测的智能车辆规划控制策略

[学位论文] 李至轩吉林大学 2020年硕士导师: 赵健共113页

摘要 : 针对智能无人车辆在越野环境下作业时遇到前方未知坡道场景，无法判断是否通行的问题，本文提出了一种基于纵向坡道可行驶性预测的规划控制策略。通过采集当前坡道信息，分析通过性条件，以概率的形式表征可行驶性，在上坡之前即可作出判断。在判断可... 展开针对智能无人车辆在越野环境下作业时遇到前方未知坡道场景，无法判断是否通行的问题，本文提出了一种基于纵向坡道可行驶性预测的规划控制策略。通过采集当前坡道信息，分析通过性条件，以概率的形式表征可行驶性，在上坡之前即可作出判断。在判断可通过时，规划纵向爬坡速度，控制车辆安全、平稳地上坡；在判断不可通过时，将前方坡道视为障碍物，实时规划局部避障轨迹，控制车辆绕开坡道到达目的地。本文提出的坡道通行策略为智能无人车辆在野外坡道环境下行驶提供了判断方法及应对方案，显著提高了作业效率，极大地降低了坡道通行的安全隐患，具有重要的研究意义和广阔的应用前景。本文主要对纵向坡道可行驶性及通行策略展开研究。设计置信度因子用于质量估计，采用交互多模型方法实现坡度估计，将质量和坡度信息用于车辆智能控制；基于正态分布计算可行驶性概率，并设定通过门限值用于判断,在可通过时规划纵向速度，使用PID控制器控制车辆安全上坡；在不可通过时，使用五次多项式规划局部避障轨迹，设计模型预测控制器实现期望轨迹跟随；最后，利用Matlab/Simulink-CarSim联合仿真平台和实车验证平台对整个系统进行测试验证。主要研究内容如下：（1）车辆质量和道路坡度估计首先，确定适宜进行质量估计的相关参数及分布范围，利用模糊推理规则合成质量估计置信度因子，并设定门限值。在置信度因子大于门限值的时候，采用带有遗忘因子的最小二乘法估计质量。其次，分别设计基于车辆运动学的标准卡尔曼滤波器和基于车辆动力学的无迹卡尔曼器用于坡度估计，由于两种估计方法优缺点明显，因此采用交互多模型的估计方法将二者估值融合得到最终的坡度估值。（2）纵向坡道可行驶性预测分析车辆顺利通过纵向坡道的三个动力学条件，结合正态分布概率计算特性，提出一种基于正态分布的坡道可行驶性预测方法。通过分析实测坡道的点云模型，证实了坡角分布近似服从正态分布。最后，在CarSim环境下搭建多种服从正态分布的坡道场景，对坡道可行驶性预测方法的有效性进行了仿真验证。（3）纵向通行策略和局部避障策略基于坡道可行驶性预测结果设计了不同的行驶策略。在判断可通过时，设计了一种基于区间划分的纵向速度规划方法，利用PID控制器控制驱动力来实现纵向速度的跟随。在判断不可通过时，提出了一种基于采样的五次多项式避障轨迹规划方法，通过设计惩罚函数及相关约束选出最优轨迹。然后建立车辆二自由度动力学模型，设计基于模型预测控制的轨迹跟随控制器，并设置最优函数和动力学约束，控制车辆较好地跟踪期望避障轨迹。（4）测试验证搭建Matlab/Simulink-CarSim联合仿真和实车验证平台，设计不同工况，对质量坡度联合估计算法的实时性和有效性进行了验证。基于Matlab/Simulink-CarSim环境设计不同大小、分布的坡道场景，对坡道可行驶性判断方法及相应纵向通行策略、局部避障策略进行了完整的测试验证。收起

关键词 : 智能汽车纵向坡道可行驶性轨迹规划避障策略

5. 组合动力验证机上升段纵向制导技术研究

[学位论文] 叶子青南京航空航天大学 2022年硕士导师: 黄一敏共104页

摘要 : 组合动力验证机的飞行目标是进入高度-马赫数窗口完成飞行任务，上升段是决定验证机能否进入任务窗口的关键阶段，直接关乎飞行试验的成败。本文从工程应用角度出发，研究了上升段的轨迹设计与纵向制导技术，为验证机的上升段飞行试验提供解决方案。 ... 展开组合动力验证机的飞行目标是进入高度-马赫数窗口完成飞行任务，上升段是决定验证机能否进入任务窗口的关键阶段，直接关乎飞行试验的成败。本文从工程应用角度出发，研究了上升段的轨迹设计与纵向制导技术，为验证机的上升段飞行试验提供解决方案。首先，研究了上升段轨迹设计方法。无动力段以任务窗口条件为初始状态、根据不同的高度-迎角剖面逆向求解无动力段起点的状态，进而得到无动力段轨迹簇。有动力段以验证机起飞点为初始状态、根据不同的时间-迎角剖面正向解算有动力段末点状态，进而得到有动力段轨迹簇。通过对比有无动力两段的轨迹簇，择优选取其中各状态量交接最好的两段轨迹合成上升段整体的标称轨迹。其次，研究了无动力段的制导策略。首先分析了不确定性对标称轨迹的影响，并根据不确定性的影响效果?出了无动力段高度-速度制导策略，选取不同制导参数对比分析制导效果的好坏。仿真发现不同制导参数下的制导效果十分接近、都不理想。然后根据无动力段的约束条件分析了飞行器的制导能力范围，证明无动力段制导效果差的原因在于验证机本身制导能力很弱，而与制导策略及参数大小关系不大。最后，研究了有动力段的制导策略。首先分析了高度-速度制导律在有动力段失效的原因，从而明确了有动力段末点的落点目标为无动力段标称轨迹及其延长线。针对该目标进一步提出了时间-能量制导策略并选取了不同制导参数进行分析，发现只有在特定参数下才能达到期望的制导效果，而时间-能量轨迹跟踪效果更好时高度-速度落点分布却远离期望分布状态。因此，进一步改进制导策略，提出时间-复合变量制导策略，复合变量为无动力段标称轨迹拟合所得的变量，是高度与速度的线性组合量，仿真发现制导效果很好，表明该策略为有动力段制导问题的根本解决方案。收起

关键词 : 纵向制导组合动力验证机上升段轨迹设计

6. 智能车辆高速公路场景换道行为控制策略研究

[学位论文] 王群淞长安大学 2021年硕士导师: 刘晶郁共91页

摘要 : 智能网联汽车是我国重点研究领域和发展方向，车辆换道行为是智能网联汽车技术的关键研究点。本文受到国家重点研发计划，新型多功能智能车载终端研制及应用项目的支持，针对智能车辆换道行为控制策略研究，选定高速公路直线路段场景，针对前方存在低... 展开

关键词 : 智能网联汽车换道行为轨迹规划纵向控制横向控制

7. 自动驾驶汽车轨迹跟踪控制方法研究

[学位论文] 管家意武汉理工大学 2017年硕士导师: 卢炽华;聂琳真共75页

摘要 : 自动驾驶汽车作为未来汽车的重要发展方向得到了社会各界的广泛认可和关注。具有高度智能化和自动化的自动驾驶汽车将驾驶员从“人-车-路”闭环控制中解放出来，缓解了交通拥堵，提高了车辆行驶安全。轨迹跟踪控制作为自动驾驶汽车研究领域关键... 展开自动驾驶汽车作为未来汽车的重要发展方向得到了社会各界的广泛认可和关注。具有高度智能化和自动化的自动驾驶汽车将驾驶员从“人-车-路”闭环控制中解放出来，缓解了交通拥堵，提高了车辆行驶安全。轨迹跟踪控制作为自动驾驶汽车研究领域关键问题之一，是实现车辆自动驾驶的基础。围绕轨迹跟踪控制的研究，其内容主要包括横向跟踪控制和纵向跟踪控制。由于车辆具有高度非线性和参数不确定性，制定一种能有效克服车辆上述特性的纵横向跟踪控制策略，具有深远的研究意义。针对上述问题，本研究主要通过以下内容展开：阐述自动驾驶汽车体系结构，定义自动驾驶汽车各层实现的任务和功能；通过适当的假设和线性近似建立车辆三自由度动力学模型和转向几何学模型，为纵横向跟踪控制提供车辆的模型基础。针对横向跟踪控制问题，分别基于转向几何学模型、预瞄运动学模型和车辆动力学模型建立纯追踪控制模型、滑模控制模型和模型预测控制模型；通过在双移线典型场景下对所建立的三种横向跟踪控制模型进行仿真验证。研究表明，纯追踪模型高速变曲率道路条件下跟踪精度相对较差，但不同工况下被控车辆均具有较好的平顺性；滑模控制模型在不同工况下具有较好的跟踪精度，但是高速条件下平顺性相对较差；模型预测控制模型，在不同工况条件下跟踪精度和被控车辆平顺性都表现较好，但是算法的实时性相对较差。针对纵向跟踪控制问题，分别设计了车速决策模型和车速控制模型，其中车速决策过程考虑了道路曲率、横向跟踪偏差和当前车速；基于模糊PID设计了车速跟踪模型；在仿真环境中对设计的纵向跟踪控制方法进行仿真验证；仿真结果表明，所建立的车速决策模型能较好的预测期望车速，车速控制模型能控制车辆准确的跟踪期望车速。针对纵横向综合控制问题，以纵向跟踪控制和横向跟踪控制为基础，考虑到不同工况下横向跟踪控制模型的跟踪效果，提出一种横向跟踪模型切换策略；通过仿真环境对所设计的纵横向综合控制模型进行仿真验证；仿真结果显示，所建立的纵横向综合控制模型在保证跟踪精度的同时有效提高车辆行驶平顺性。收起

关键词 : 自动驾驶汽车轨迹跟踪横向控制纵向控制

8. 基于液固耦合作用下钻柱纵向振动分析

[学位论文] 殷有财中国石油大学(华东) 2011年硕士导师: 于桂杰;李瑞勇共75页

摘要 : 石油钻井中,井下湍流环境下柔性多体系统的强非线性固-液耦合动力学机理研究、其动力学行为与结构参数的关系、井眼内钻具的动力学特性及钻井液水力因素对井眼轨迹的影响一直是实现井眼轨迹的预测和仿真技术的关键问题,且是开发钻井轨道设计和井眼轨迹... 展开石油钻井中,井下湍流环境下柔性多体系统的强非线性固-液耦合动力学机理研究、其动力学行为与结构参数的关系、井眼内钻具的动力学特性及钻井液水力因素对井眼轨迹的影响一直是实现井眼轨迹的预测和仿真技术的关键问题,且是开发钻井轨道设计和井眼轨迹监测三维可视化系统的基础内容。本论文和以往单独分析钻杆纵向振动不同,将井架、游动系统、顶驱装置、钻杆柱等作为一个柔性多体系统,开展基于液固耦合作用下起下钻和钻进过程中钻柱系统纵向振动特性分析,对优化钻井参数以及钻具组合来避免共振、延长钻柱寿命、提升钻井速度有具有重大的工程实际意义。起下钻过程中,由于上提或下放钻柱时速度的变化以及在进入钻井液或离开钻井液时钻杆工作环境的突变,导致钻柱与钻井液、井壁相互作用,激励柔性多体系统产生振动,其激振频率也会对随钻测量系统泥浆脉冲信号的传输产生干扰。本文把起下钻时内外钻井液对钻柱系统的作用力折算成等效的附加质量,首先推导了多体钻柱系统在固液耦合条件下纵振方程和频率方程,同时比较MATLAB固有频率计算值和ANSYS模拟值,验证了理论推导的合理性。针对钻柱提升或下放速度与加速或减速所延续的时间的比值与动载的线性关系,对钻柱系统进行谐响应分析,得出了不同v/t值下钻柱系统的动力响应。为起下钻钻井参数的优化提供一定的参考。其次,结合柔性多体钻柱系统和顶部驱动钻井装置的特性,基于弹性振动理论及有限单元法,建立了钻进过程中柔性多体钻柱系统纵向振动固液耦合动力学方程。采用ANSYS有限元计算软件对1700m柔性多体钻柱系统在垂直井中的整体固液耦合纵向振动模态进行了分析,以及对承受自重、钻头静钻压等轴向载荷时的柔性钻柱系统纵向振动瞬态进行了分析。通过固有频率的转换,得到了引起共振的临界转速;对不同钻具组合下的固有频率及振型的分析,总结了轴向载荷以及不同钻具组合对钻柱固有频率的影响规律。瞬态仿真分析中,得出了井眼内钻井液对柔性钻柱系统的影响规律:井口处纵振强度最为微弱;井眼内钻井液能有效的降低了钻杆柱在钻井过程中的纵振振幅,大大地削弱了钻柱的纵向振动强度,使钻杆柱在钻井过程中得到了合理的保护,延长了钻柱的工作寿命。收起

关键词 : 液固耦合纵向振动分析井眼轨迹钻井轨道设计钻柱系统

9. 不确定条件下三轮机器人轨迹跟踪控制

[学位论文] 王浈元浙江科技学院 2022年硕士导师: 陈岁繁共66页

摘要 : 随着机械与计算机的不停的提高和发展，智能机器人逐渐应用到人们生活的很多领域。轮式移动机器人具备灵活稳定的运动特性，在我们生产和生活各方面都具备很高的应用价值。轨迹跟踪控制是机器人研究领域的核心问题，是当前研究的热点。本文以质心与形... 展开随着机械与计算机的不停的提高和发展，智能机器人逐渐应用到人们生活的很多领域。轮式移动机器人具备灵活稳定的运动特性，在我们生产和生活各方面都具备很高的应用价值。轨迹跟踪控制是机器人研究领域的核心问题，是当前研究的热点。本文以质心与形心不重合的三轮机器人为研究对象，从运动学和动力学双模型入手，考虑机器人的驱动轮打滑情况，以及驱动轮距离和驱动轮半径未知情况，主要研究内容（1）针对质心和形心不重合的三轮机器人运动稳定性问题，分别基于矢量法和拉格朗日法建立三轮移动机器人的运动学和动力学模型，将横向位移误差和姿态角度误差作为虚拟控制量，设计一个基于Back-stepping法的改进运动学控制器；将速度误差和车轮力矩作为控制量，设计一个引入加速控制律的改进动力学控制器，通过设计直线轨迹和圆形轨迹的仿真实验证明；运用了该控制器后，不仅可以让实际轨迹准与期望轨迹一致，而且横向位移误差、姿态角度误差、速度和力矩输出等四个参数都可以在有限时间内达到稳定。（2）针对移动机器人运动时驱动轮存在打滑干扰的问题，基于三轮机器人的运动学模型，设计了一个可估计驱动轮滑移率的非线性观测器；并基于观测器设计了一个引入非线性反馈法的自适应控制器，通过MATLAB仿真实验证明：观测器可以很好的估计三轮机器人驱动轮滑移率，当驱动轮发生打滑时，移动机器人可在较短时间内跟踪上期望轨迹，位姿误差也可以在有限时间内收敛达到稳定状态。（3）针三轮机器人的控制精度问题，基于运动学模型设计了一个自适应控制器估计机器人驱动轮未知的半径和轮距，与没有引入自适应参数的控制器进行仿真对比，仿真结果表明：三轮机器人引入自适应参数后，跟踪期望轨迹的精度较高，位姿误差能够在有限时间内收敛达到稳定状态，线速度和角速度均可以准确的达到期望值，验证了所设计的控制器的有效性。最后，对全文的研究内容进行总结，并对机器人控制未来的研究进行展望。收起

关键词 : 三轮机器人轨迹跟踪纵向打滑自适应控制

10. 四轮毂电机驱动电动汽车主动避障系统研究

[学位论文] 蔡志鑫长安大学 2022年硕士导师: 林广宇共87页

摘要 : 近年来，随着控制技术发展和控制芯片性能提升，智能驾驶技术成为未来汽车行业的发展方向。车辆主动避障系统作为智能驾驶技术重要的组成部分之一，能提高行车安全、降低事故发生率、缓解交通拥堵，具有广阔的发展前景和研究意义。本文以四轮毂... 展开

关键词 : 电动汽车主动避障系统纵向控制线性二次型轨迹跟踪