欠驱动两轮车轮滑机理与分层协调控制方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61573078
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0306.自动化检测技术与装置
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The underactuated two-wheeled vehicle possesses compact structure, flexible steering capability, by which such vehicle is suitable to carry out autonomous exploration under the complicated and dynamic unstructured environment. However, the longitudinal skidding and lateral slipping phenomena are readily taken place for this kind of vehicle on the low adhesion road, subject to the two-point wheel-terrain interaction. The project develops investigations aiming at this practical engineering problem. The skidding/slipping mechanisms are explored by applying terramechanics and vehicle dynamics theories; the skidding and slipping models are proposed based on the broken ideal nonholonomic constraint; the fast and robust observation principle is presented to estimate the skidding/slipping states, and then the anti-skid and anti-slip methodologies are addressed by terminal sliding mode and dynamic neural network technologies; a dynamic model with full information of the two-wheeled vehicle is derived which concludes skidding/slipping states and underactuated dynamics; the instable and non-minimum phase characteristics of the zero dynamics for the underactuated system are investigated; a composite control theory is established, by which the function of the inner dynamics stabilizing is able to be achieved; and lastly, a hierarchical coordination control approach is proposed for the two-wheeled vehicle orientated to multidimensional control objectives, e.g., balancing and tracking. The research results can increase the movement precision and enhance the adaptability for the ground for the vehicle, especially under the unstructured environment.
欠驱动两轮车结构小巧、转向灵活,适合在复杂多变的非结构化环境中执行自主探测任务。但是受轮地两点接触方式的限制,该类车辆极易在弱附着地面上发生纵向滑转和侧向滑移。本项目针对此工程问题开展相关研究。应用地面力学和车辆动力学理论,揭示弱附着地面车辆轮滑效应及其作用机理;提出基于破坏理想非完整约束的轮滑力学模型;采用终端滑模变结构与动态神经网络技术,提出轮滑状态快速鲁棒观测原理与车辆抗轮滑控制方法;建立包含车辆轮滑状态与欠驱动动态的全信息动力学模型;研究欠驱动系统的零动态本质不稳定与非最小相位特征;建立具有内动态自稳定功能的复合控制理论;提出面向多维控制目标的欠驱动两轮车平衡-跟踪分层协调控制方法。研究结果能够显著提高欠驱动两轮车的运动精度,增强其在非结构化环境下的地面适应能力。

结项摘要

欠驱动两轮自平衡车具有结构紧凑、转向灵活和耗能低等诸多优点,适合在复杂多变的非结构化环境中执行自主探测任务。但是受轮地两点接触方式的限制,该类车辆极易在弱附着地面上发生纵向滑转和侧向滑移。本项目针对此工程问题开展相关研究。根据李雅普诺夫稳定性理论,提出了基于运动规划的两轮自平衡车点镇定控制方法;采用拟凸优化和B样条自适应插值技术,研究了欠驱动两轮车的时间最优点镇定;应用地面力学和车辆动力学理论,揭示弱附着地面车辆轮滑效应及其作用机理;提出基于破坏理想非完整约束的轮滑力学模型;采用终端滑模变结构与动态神经网络技术,提出轮滑状态快速鲁棒观测原理与车辆抗轮滑控制方法;建立包含车辆轮滑状态与欠驱动动态的全信息动力学模型;研究欠驱动系统的零动态本质不稳定与最小相位特征;建立具有内动态自稳定功能的复合控制理论;提出面向多维控制目标的欠驱动两轮车平衡-跟踪分层协调控制方法。围绕上述研究内容,本项目发表SCI、EI检索的期刊论文27篇,论文绝大部分发表在IEEE汇刊、ASME汇刊、Nonlinear Dynamics等本领域著名期刊上;在本领域著名的国际、国内会议上发表论文12篇;申请国家发明专利17项,其中9项已授权;培养硕士研究生18人、博士研究生3人,其中11名硕士生毕业论文与本项目研究内容相关。以上理论和方法能够更好的应用于两轮自平衡车等欠驱动机电系统控制器设计中,在不增加机械结构设计制造成本的同时,显著提高该类机器人的运动效率、精度和地面适应性。该项目的研究成果能够促进欠驱动机器人推广,具有理论研究和实际应用的双重价值。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(8)
会议论文数量(12)
专利数量(9)
An Efficient Model Predictive Control for Trajectory Tracking of Wheeled Inverted Pendulum Vehicles with Various Physical Constraints
具有各种物理约束的轮式倒立摆车辆轨迹跟踪的高效模型预测控制
  • DOI:
    10.1007/s12555-016-0393-z
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
    International Journal of Control Automation and Systems
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Yue Ming;An Cong;Sun Jian-Zhong
  • 通讯作者:
    Sun Jian-Zhong
Zero dynamics stabilisation and adaptive trajectory tracking for WIP vehicles through feedback linearisation and LQR technique
通过反馈线性化和 LQR 技术对 WIP 车辆进行零动态稳定和自适应轨迹跟踪
  • DOI:
    10.1080/00207179.2016.1169440
  • 发表时间:
    2016-04
  • 期刊:
    International Journal of Control
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Yue Ming;An Cong;Su Jianzhong
  • 通讯作者:
    Su Jianzhong
Composite following control for wheeled inverted pendulum vehicles based on human-robot interaction
基于人机交互的轮式倒立摆车复合跟随控制
  • DOI:
    10.1007/s11432-018-9696-2
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Science China Information Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yue Ming;Ning Yigao;Yu Shuzhou;Zhang Yongshun
  • 通讯作者:
    Zhang Yongshun
An ESO-based integrated trajectory tracking control for tractor–trailer vehicles with various constraints and physical limitations
基于 ESO 的集成轨迹跟踪控制,适用于具有各种约束和物理限制的牵引车和挂车
  • DOI:
    10.1080/00207721.2018.1535100
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    International Journal of Systems Science
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Hou Xiaoqiang;Yue Ming;Zhao Jian;Zhang Xiaohua
  • 通讯作者:
    Zhang Xiaohua
Composite Path Tracking Control for Tractor-Trailer Vehicles Via Constrained Model Predictive Control and Direct Adaptive Fuzzy Techniques
通过约束模型预测控制和直接自适应模糊技术的牵引挂车复合路径跟踪控制
  • DOI:
    10.1115/1.4036884
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Dynamic Systems Measurement and Control-Transactions of the ASME
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Yue Ming;Hou Xiaoqiang;Hou Wenbin
  • 通讯作者:
    Hou Wenbin

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    4
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  • 通讯作者:
    岳明
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    岳明
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    岳明
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    --
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    乔宇

其他文献

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岳明的其他基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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