LQG控制

摘要： 通过建立整车动力学模型和电液伺服阀控制液压缸主动稳定杆作动器模型,推导得出系统状态的空间模型;采用卡尔曼滤波算法对质心侧偏角、横摆角速度、簧上质量侧倾角、簧上质量侧倾角速度等进行最优估计;并基于最优估计值,采用黎卡提方程设计了一个最优反馈阵,实现了LQG的最优控制.并在MATLAB/Simulink中进行仿真验证,并与被动横向稳定杆进行比较.结果表明:所设计的LQG最优控制算法在抑制车身侧倾效果明显,能有效提高车辆侧倾稳定性.

摘要： 为了解决LQG控制器性能指标函数各权重不易确定的问题,以悬架性能指标为目标函数,运用了LQG最优控制算法对半主动悬架施加控制,采用了引力搜索算法对性能指标函数权重进行寻优,完成了优化控制器的搭建,最终提出了一种采用引力搜索算法的寻优方法.同时,建立了2自由度1/4主动悬架车辆模型,对其引力搜索LQG控制进行了仿真,并与传统LQG控制结果进行了对比.结果表明:提出的引力搜索LQG控制方法能同时改善汽车的平顺性和操纵稳定性.

摘要： 为了解决车辆在混合等级路面时平顺性与操纵稳定性差的问题,提出了一种基于路面等级自适应的主动悬架LQG控制策略.根据路面功率谱密度与国际平整度指数的关系识别路面等级;以不同路面等级为阈值,确定三种控制目标;计算每次迭代后平均味道浓度判定值的方差确定迭代步长,解决了果蝇算法过早收敛和迭代次数过长的问题;在不同控制目标下设立了相应的适应度函数,并利用改进后的果蝇算法优化不同适应度函数下LQG控制的加权系数,以此提高混合等级路面下的控制性能.仿真分析了在不同等级路面下的悬架动态性能,并进行了道路实车试验.仿真结果表明:相比传统LQG控制,基于路面等级自适应LQG控制的悬架系统在A级路面下簧载质量加速度均方根值减小16.34％,在D路面下轮胎动载荷均方根值减小6.51％,在B级和C级路面下,簧载质量加速度和轮胎动载荷的均方根值分别减小9.59％、7.54％和11.32％、9.4％;试验结果与仿真结果基本一致.

摘要： 为了提高轮边驱动电动汽车的行驶平顺性,以车轮减振型轮边驱动系统作为研究对象,在其基础上设计不同的主动悬架布置方案.首先建立1/4车辆主、被动悬架动力学模型;然后采用最优控制理论设计车辆主动悬架LQG控制器,并基于层次分析法确定车辆各性能评价指标加权系数;最后在MATLAB/Simulink软件中建立仿真模型并进行仿真分析.仿真分析结果表明,相比于被动悬架,主动悬架两种布置方案均能有效地提高汽车行驶平顺性,综合考虑车辆各性能评价指标的改善效果,主动悬架布置方案二优于布置方案一.

摘要： As a remote control system, the cyber-physical system (CPS) relies mainly on wireless networks to realize the transmission of information from sensors to controllers and from controllers to actuators. Because of this characteristic, the control system of CPS is vulnerable to security threats. Starting with physical devices, the aim of this paper is to protect normal operation of physical entities in CPS system from the interference of network intrusion caused by malicious attacks.Taking the cyber-physical systems suffered packets scheduling attacks into consideration, its secure control was abstracted as a process of two person zero sum game. Based on two person zero sum model of non-cooperative game, the paper designed a min-max controller with a robust output-feedback under time-varying delays. In this paper, a parameterized soft constraint quadratic objective function was adopted. Also, interference attenuation factor γ was introduced in the controller design and the minimum value of the quadratic objective function was determined by the value of γ which guaranteed the stability control under the worst case. Within the constraint of γ, we get the value of γ through particle swarm search algorithm. In addition, the min-max controller is analyzed and compared with the linear quadratic Gaussian (LQG) control, and the simulation was conducted on a two tanks system. The result showed that the min-max controller can stabilize the attacked system, but LQG cannot.%对于远程复杂的操控系统, 信息物理融合系统 (Cyber-physical system, CPS) 主要依靠无线网络实现从传感器到控制器, 从控制器到执行器间的信息传输, 由于其依靠网络传输数据的特性使其控制系统极易遭到安全威胁.本文从物理系统入手, 意图保护CPS系统中物理实体的正常运行不受由于恶意攻击造成网络空间入侵带来的干扰.以受到数据包时序攻击的信息物理融合系统为研究对象, 将其安全性研究抽象为一个博弈过程, 基于非合作博弈的两人零和博弈模型, 设计了可变延迟情况下鲁棒输出反馈的极大极小控制器.并且采用参数化的软约束二次型目标函数, 在控制器设计时引入干扰衰减因子γ, 通过对γ的取值使得二次型目标函数取极小值, 从而保证了最差情况下的稳定控制, 在满足γ的约束条件下, 本文通过粒子群搜索算法得出γ的值.另外, 本文还对所设计的极大极小控制器, 与线性二次型高斯 (Linear quadratic Gaussian, LQG) 控制对比分析, 用双水箱系统进行了仿真验证, 发现在受攻击情况下本文所设计的控制器最终能够实现稳定控制, 而LQG却不能.

摘要： 文章针对风电系统的随机性、不确定性和未建模动态等特征,提出了LQG-I优化控制策略.首先,运用机理分析的方法建立了风力发电系统数学模型.在此基础上,设计了LQG-I控制策略,既保留了LQG在克服随机扰动方面的优势,又利用了积分控制在解决系统的不确定性和未建模动态方面的优势.为了进一步改善对系统的控制性能,采用粒子群优化算法对加权矩阵Q,Qe,R的参数进行整定.最后,以高风速区功率和发电机转矩优化控制问题为例,在matlab/simulink平台下仿真验证了所提优化控制策略的可行性和有效性.仿真结果表明:所提出的LQG-I优化控制策略能够实时跟踪风速的变化,保证发电机角速度、转矩和输出功率的稳定;在同等条件下,该控制策略比传统LQG控制器性能更优越.

摘要： 为了提高主动悬架LQG控制策略的设计效率和准确性,以及验证主动悬架的优越性,建立了1/4主动悬架动力学模型.控制策略选取了线性二次型最优控制(LQG),通过遗传算法(GA)确定了LQG控制器的加权系数,最后采用MATLAB/Simulink软件进行了仿真验证.结果显示:采用GA确定LQG控制器的加权系数的方法是合理的;与被动悬架相比,主动悬架的车身垂直加速度显著降低了,改善了汽车行驶平顺性.此方法为悬架的LQG控制策略的实际应用提供了参考.

摘要： 基于多学科设计优化的思想,提出一种控制学科在环的多学科设计优化方法,将控制学科纳入系统的优化回路内,可以充分考虑系统的结构设计和控制学科之间的协同作用,以实现更好的整体优化效果.以主动悬架的设计优化为例,建立了1/4车辆主动悬架模型和LQG控制器模型,并基于多学科可行法的优化框架,进行多学科分析,对结构参数和控制器参数同时进行优化.优化结果表明,该方法能协调悬架动力学和控制学科之间的耦合关系,获取整体最优解.优化后的主动悬架在保证悬架工作空间和轮胎变形在一定的范围内,且不消耗更多能量的前提下,使车身加速度均方根值降低了27%.

摘要： A hybrid electromagnetic suspension with three modes was proposed here.Three modes focused on ride comfort,tire grounding ability and comprehensive performance of a suspension,respectively.The contradiction between ride comfort and tire grounding ability was coordinated.The dynamic model of the hybrid electromagnetic suspension was established.Weight coefficients of LQG control strategy under the three modes were determined.The effects of the suspension' s stiffness and damping on its dynamic performance and energy consumption characteristic were analyzed under different modes,the suspension' s stiffness and damping values under different modes were determined.Simulation analysis was performed.The results showed that compared with a traditional passive suspension,the hybrid electromagnetic suspension can improve a suspension' s dynamic performance effectively;it can significantly reduce a suspension' s energy consumption compared with an active suspension.Finally,the tests were conducted.It was shown that the test results agree well with those of simulation,the correctness of the simulation results is verified.%提出了一种具有三种模式的混合电磁悬架,三种模式分别侧重于悬架的平顺性、轮胎接地性和综合性能,协调了悬架平顺性与轮胎接地性之间的矛盾.建立了混合电磁悬架的动力学模型,确定了各个模式下LQG控制策略的加权系数.在不同的模式下分析了刚度、阻尼对于悬架动力学性能以及悬架能耗特性的影响,确定了不同模式下刚度和阻尼的取值,并进行了仿真分析.结果表明:混合电磁悬架相比于传统被动悬架能够有效改善悬架动力学性能,且相比于主动悬架能明显减少能量消耗.最后进行了试验研究,试验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真结果的正确性,表明混合电磁悬架能够减少悬架主动控制时的能量消耗.

摘要： 建立了主动悬架两自由度车辆动力学模型,应用最优控制理论设计了车辆主动悬架LQG控制器,将车身加速度、悬架动挠度、轮胎动位移作为车辆LQG控制的性能评价指标,并在Matlab/Simulink环境下对系统模型进行了仿真.结果表明,采用LQG控制的主动悬架对车辆乘坐舒适性具有良好的改善效果。

摘要： 建立了主动悬架两自由度车辆动力学模型,应用最优控制理论设计了车辆主动悬架LQG控制器,将车身加速度、悬架动挠度、轮胎动位移作为车辆LQG控制的性能评价指标,并在Matlab/Simulink环境下对系统模型进行了仿真.结果表明,采用LQG控制的主动悬架对车辆乘坐舒适性具有良好的改善效果。

摘要： 建立了主动悬架两自由度车辆动力学模型,应用最优控制理论设计了车辆主动悬架LQG控制器,将车身加速度、悬架动挠度、轮胎动位移作为车辆LQG控制的性能评价指标,并在Matlab/Simulink环境下对系统模型进行了仿真.结果表明,采用LQG控制的主动悬架对车辆乘坐舒适性具有良好的改善效果。

摘要： 建立了主动悬架两自由度车辆动力学模型,应用最优控制理论设计了车辆主动悬架LQG控制器,将车身加速度、悬架动挠度、轮胎动位移作为车辆LQG控制的性能评价指标,并在Matlab/Simulink环境下对系统模型进行了仿真.结果表明,采用LQG控制的主动悬架对车辆乘坐舒适性具有良好的改善效果。

摘要： 依据最优控制理论,实现履带车辆二自由度磁流变阻尼半主动悬挂仿真。首先推导出车辆的二自由度动力学模型，选取状态变量,得到状态方程。然后在白噪声路面激励下用Simulink进行了仿真,同时对被动控制和LQC控制的频域响应进行了研究,最后对系统在不同加权系数下的幅频特性进行了仿真与分析。rn 仿真结果表明悬挂系统的舒适性和动行程是一对矛盾，改善悬挂系统的舒适性能改善低频处的操纵稳定性但却使高频处的稳定性下降。

摘要： 依据最优控制理论,实现履带车辆二自由度磁流变阻尼半主动悬挂仿真。首先推导出车辆的二自由度动力学模型，选取状态变量,得到状态方程。然后在白噪声路面激励下用Simulink进行了仿真,同时对被动控制和LQC控制的频域响应进行了研究,最后对系统在不同加权系数下的幅频特性进行了仿真与分析。rn 仿真结果表明悬挂系统的舒适性和动行程是一对矛盾，改善悬挂系统的舒适性能改善低频处的操纵稳定性但却使高频处的稳定性下降。

摘要： 依据最优控制理论,实现履带车辆二自由度磁流变阻尼半主动悬挂仿真。首先推导出车辆的二自由度动力学模型，选取状态变量,得到状态方程。然后在白噪声路面激励下用Simulink进行了仿真,同时对被动控制和LQC控制的频域响应进行了研究,最后对系统在不同加权系数下的幅频特性进行了仿真与分析。rn 仿真结果表明悬挂系统的舒适性和动行程是一对矛盾，改善悬挂系统的舒适性能改善低频处的操纵稳定性但却使高频处的稳定性下降。

摘要： 依据最优控制理论,实现履带车辆二自由度磁流变阻尼半主动悬挂仿真。首先推导出车辆的二自由度动力学模型，选取状态变量,得到状态方程。然后在白噪声路面激励下用Simulink进行了仿真,同时对被动控制和LQC控制的频域响应进行了研究,最后对系统在不同加权系数下的幅频特性进行了仿真与分析。rn 仿真结果表明悬挂系统的舒适性和动行程是一对矛盾，改善悬挂系统的舒适性能改善低频处的操纵稳定性但却使高频处的稳定性下降。

摘要： 依据最优控制理论,实现履带车辆二自由度磁流变阻尼半主动悬挂仿真。首先推导出车辆的二自由度动力学模型，选取状态变量,得到状态方程。然后在白噪声路面激励下用Simulink进行了仿真,同时对被动控制和LQC控制的频域响应进行了研究,最后对系统在不同加权系数下的幅频特性进行了仿真与分析。rn 仿真结果表明悬挂系统的舒适性和动行程是一对矛盾，改善悬挂系统的舒适性能改善低频处的操纵稳定性但却使高频处的稳定性下降。

摘要： 依据最优控制理论,实现履带车辆二自由度磁流变阻尼半主动悬挂仿真。首先推导出车辆的二自由度动力学模型，选取状态变量,得到状态方程。然后在白噪声路面激励下用Simulink进行了仿真,同时对被动控制和LQC控制的频域响应进行了研究,最后对系统在不同加权系数下的幅频特性进行了仿真与分析。rn 仿真结果表明悬挂系统的舒适性和动行程是一对矛盾，改善悬挂系统的舒适性能改善低频处的操纵稳定性但却使高频处的稳定性下降。

摘要： 本发明公开了一种基于LQG控制的高速列车半主动悬挂控制系统及方法，包括车身横向振动加速度传感器、控制器、电流控制器、磁流变阻尼器；列车车身横向振动加速度传感器实时采集车身的横向振动信号，LQG控制器根据传感器采集到的横向振动信号和高速列车模型计算出所需要的主动力，并发出控制指令；电流控制器根据控制器的控制指令实时控制执行器所需要的电流，磁流变阻尼器在电流控制的作用下输出相应的阻尼，使半主动悬挂始终工作在最佳状态。本发明首次研究该控制器在17自由度全尺寸车辆模型上的应用，不仅能够提高车辆的操纵性，还能保证其稳定性。

摘要： 本发明公开一种基于LQG控制器的车辆防抱死控制系统及滑移率抖动抑制方法，通过设计制动力矩阀值控制单元对制动防抱死控制单元的输出制动力矩范围进行时变限定，制动力矩阀值控制单元由前后路面附着系数预估单元，前、后轮理想制动力矩预估单元和前、后轮制动力矩约束单元组成，限定制动力矩值范围控制步骤：1)前、后路面附着系数预估单元对前后路面附着系数进行预估；2)前、后轮理想制动力矩预估单元通过路面附着系数和制动力矩之间的多项式拟合关系确定前、后轮理想制动力矩；3)设定前、后轮制动力矩的上、下限阀值，使得LQG控制器输出的制动力矩值受上、下限阀值的限定约束，进而求取制动防抱死控制单元输出制动力矩的实际控制信号。

摘要： 本发明涉及汽车主动悬架LQG控制器最优控制力的设计方法，属于主动悬架技术领域。本发明根据1/4车辆行驶振动模型，利用MATLAB/Simulink，构建了平顺性加权系数优化设计Simulink仿真模型，并以路面不平度位移为输入激励，以轮胎动位移和悬架动挠度为约束条件，以车身垂向振动加速度均方根值最小为设计目标，优化设计得到平顺性加权系数及LQG最优控制力。通过实例及仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的主动悬架LQG最优控制力，为主动悬架系统设计及控制提供了可靠的最优控制力设计方法。该方法不仅可提高主动悬架系统的设计水平及产品质量，提高车辆的乘坐舒适性和行驶安全性，还可降低产品设计及试验费用。

摘要： 本发明公开了一种基于数据驱动的LPV系统的LQG控制器的设计方法，S1，建立系统方程，对不同参数情况下的传感器输入进行等时间间隔采样，并利用POD方法对其进行降阶，获得降阶基；S2，在不同参数情况下，分别计算系统滤波代数Riccati方程与控制器代数Riccati方程，求得滤波器增益和控制器增益；S3，建立数据库，将所有先验参数的降阶基和S2求得的两种增益一一对应，保存在数据库中，其中降阶基作为机器学习分类器的学习基，选择合适的机器学习模型，以数据库中学习基为训练集，对应的两种增益参数为标签，设计分类器模型，该分类器模型即为LQG控制器。该控制器能实时在线使用。本发明有效提高系统达到稳定的反应速度和控制精度，能大大降低干扰。

摘要： 本发明公开了一种基于LQG+PI混合控制策略的光束抖动抑制方法，包含以下步骤：首先对光束抖动信号建立抖动模型，分析其对应PSD曲线，并进行实测数据与计算数据的最小二乘拟合，以提取得到频率成分，获得对光束抖动信号的准确描述；其次，基于光束抖动信号构建状态向量空间，建立基于卡尔曼滤波器(Kalman Filter)的LQG控制，准确预测抖动信号，利用预测的抖动信号计算得到相应的控制电压；然后，该电压与通过并联的PI控制器计算得到的控制电压进行叠加，得到最终的控制电压，从而完成波前畸变的实时校正。本方法最显著的优点为LQG控制能够很好地抑制高频窄带光束抖动和PI控制对低频宽带光束抖动有良好抑制能力，极大地降低校正残差，提高了控制带宽，实时性强。

摘要： 本发明公开了一种磁流变半主动悬架等效替换泰勒级数LQG时滞补偿控制系统及其构造方法，通过簧载质量加速度传感器和车轮质量加速度传感器的输出端连接扩展卡尔曼滤波器，扩展卡尔曼滤波器的连接等效替换泰勒级数LQG时滞补偿控制器，等效替换泰勒级数LQG时滞补偿控制器分别连接时滞补偿预测控制器与半主动力求取控制器，时滞补偿预测控制器连接等效替换泰勒级数LQG时滞补偿控制器的输入，半主动力求取控制器分别连接扩展卡尔曼滤波器与控制电流求解控制器，将控制电流求解控制器连接数控电流源，进而实现磁流变半主动悬架的减振器响应时滞与力学特性时变的补偿控制，通过等效替换泰勒级数LQG时滞补偿控制，可以实现精确跟踪悬架综合性能指标，进而能取得更理想的时滞补偿控制效果。

摘要： 本发明公开了一种基于LQG控制的高速列车半主动悬挂控制系统及方法，包括车身横向振动加速度传感器、控制器、电流控制器、磁流变阻尼器；列车车身横向振动加速度传感器实时采集车身的横向振动信号，LQG控制器根据传感器采集到的横向振动信号和高速列车模型计算出所需要的主动力，并发出控制指令；电流控制器根据控制器的控制指令实时控制执行器所需要的电流，磁流变阻尼器在电流控制的作用下输出相应的阻尼，使半主动悬挂始终工作在最佳状态。本发明首次研究该控制器在17自由度全尺寸车辆模型上的应用，不仅能够提高车辆的操纵性，还能保证其稳定性。

摘要： 本发明公开一种基于LQG控制器的车辆防抱死控制系统及滑移率抖动抑制方法，通过设计制动力矩阀值控制单元对制动防抱死控制单元的输出制动力矩范围进行时变限定，制动力矩阀值控制单元由前后路面附着系数预估单元，前、后轮理想制动力矩预估单元和前、后轮制动力矩约束单元组成，限定制动力矩值范围控制步骤：1)前、后路面附着系数预估单元对前后路面附着系数进行预估；2)前、后轮理想制动力矩预估单元通过路面附着系数和制动力矩之间的多项式拟合关系确定前、后轮理想制动力矩；3)设定前、后轮制动力矩的上、下限阀值，使得LQG控制器输出的制动力矩值受上、下限阀值的限定约束，进而求取制动防抱死控制单元输出制动力矩的实际控制信号。

摘要： 本发明涉及汽车主动悬架LQG控制器最优控制力的设计方法，属于主动悬架技术领域。本发明根据1/4车辆行驶振动模型，利用MATLAB/Simulink，构建了平顺性加权系数优化设计Simulink仿真模型，并以路面不平度位移为输入激励，以轮胎动位移和悬架动挠度为约束条件，以车身垂向振动加速度均方根值最小为设计目标，优化设计得到平顺性加权系数及LQG最优控制力。通过实例及仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的主动悬架LQG最优控制力，为主动悬架系统设计及控制提供了可靠的最优控制力设计方法。该方法不仅可提高主动悬架系统的设计水平及产品质量，提高车辆的乘坐舒适性和行驶安全性，还可降低产品设计及试验费用。

摘要： 本发明提供一种新型LQG控制方法，包括：步骤1：建立整车七自由度主动悬架仿真模型；步骤2：建立悬架各性能指标新型LQG控制方法的阈值；步骤3：构建新型LQG控制方法的优化适应度函数；步骤4：优化得到新型LQG控制的状态加权系数；步骤5：计算得到新型LQG控制的最优反馈矩阵K；步骤6：根据所述最优反馈矩阵K最终构建新型LQG控制方法，其输出控制力U。该方法以车身加权加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷均方根值为指标，将乘坐舒适性和安全性量化的新型LQG控制效果的评价方法，通过遗传算法寻优确定该评价方法下不同路面等级所对应的LQG控制参数。仿真验证了新型LQG控制方法具有更好的实用性和优化控制效果。