水下机器人的垂直平面导航控制器设计

用变结构控制理论，根据视线制导规律，推导了水下机器人在垂直平面内的变结构导航控制器．它有效地排除了非线性干扰，仿真结果令人满意     

一种基于神经网络算法的非线性PID控制器

针对非线性、不确定时滞对象,提出一种基于神经网络算法的非线性PID控制器。该控制器将传统PID的比例、积分和微分参数分别构造成关于误差信号的非线性函数,并将非线性比例运算单元、非线性积分运算单元和非线性微分运算单元分别作为隐层神经元的激励函数,从而构造将PID控制与神经网络控制融为一体的智能控制器。研究结果表明:采用此智能控制器有效解决了传统PID难以控制非线性对象的问题以及传统神经网络控制器隐层神经元节点数难以确定的问题,仿真结果验证了该智能控制器的有效性。     

控制中的神经网络

提出了神经网络控制器的分类以及非线性映射特性，讨论了神经网络控制器的特点。在与传统自适应控制相比较的基础上，提出了解决非线性动态系统的方法，并通过实验加以验证。     

适用于非线性对象的神经元变结构PID控制

针对具有严重非线性的受控对象,提出了一种神经元变结构PID控制方法.该方法将变结构PID控制器与神经元控制器相结合,用一个神经元实现变结构PID控制器中结构变化的部分;同时用另一个神经元实时调整PID控制器的参数,提高了控制系统的响应速度和鲁棒性.将所提出控制方法用于pH中和过程控制,仿真实验结果表明,该方法具有满意的控制品质及较强的适应性.     

精馏塔的神经元PID解耦控制研究

本文针对精馏塔这一多变量、非线性耦合对象,提出了一种神经元PID解耦控制方法。该方法在精馏塔精确模型补偿解耦控制基础上,采用神经元PID控制器进行控制。分析了控制器的结构及其学习算法,进行了PID和神经元解耦控制仿真实验,仿真结果表明该方法优于常规PID控制效果。     

一类基于计算转矩的机器人控制方法性能分析

比较了五种基于计算转矩控制方法在机器人运动控制中的性能:固定增益的计算转矩控制、模糊调整增益的计算转矩控制器、扇形模糊逻辑控制器、带饱和函数的组合非线性反馈控制器和无饱和函数的组合非线性反馈控制器.这些控制器都是基于模型的控制方法,具有完全的机器人非线性动力学补偿.所有的控制行为均考虑到现实的限制,如驱动器饱和与摩擦扰动.在同样的期望轨迹下,比较各个控制算法的瞬态响应和稳态特性.仿真结果表明,带有饱和函数的组合非线性反馈控制器具有最佳的瞬态性能,扇形模糊逻辑控制器具有最好的稳态性能     

水下焊缝跟踪单神经元自适应PID控制与参数优化

水下焊缝跟踪过程复杂,不确定因素多,并且焊接过程具有非线性特点,传统PID控制效果不理想.本文提出了单神经元自适应PID控制器,通过神经元的自学习能力,能够在线自适应调整PID参数,同时利用差分进化算法对单神经元自适应控制器的参数进行优化.经仿真结果可知,该单神经元自适应PID控制器响应速度快,精度高,控制效果好.     

一种改进的自适应PID控制器

提出了一种新型的PID控制器，其基本思想是把神经元非线性映射和权值的自适应修正功能引入到PID控制器中，利用神经元收敛和权值在线修正，动态改变对偏差、偏差变化率、变化率之变化率的不同加权，从而获得较好控制性能。实验表明该算法使用可靠、精度高，而具有较强的抗干性能和鲁棒性。     

一种自适应性神经元控制器研究

经典的控制器参数的整定过于依赖控制对象的数学模型,不便在线调整。为了解决这一问题,提出一种自适应性PID神经元控制器。在PID控制原理的基础上,充分利用神经网络用于非线性控制的特性,对神经元赋予了比例、积分和微分的功能。采用可微可导的激励函数,通过反向传播算法,实现了控制器参数的在线调整。仿真实例证明PID神经网络控制器具有较好的自适应性和抗干扰能力。     

非线性大滞后系统的单神经元模糊预测控制

提出一种单神经元模糊预测PID控制策略,无需对复杂控制过程建立数学模型,只要检测过程的实际输出和期望输出,通过模糊预测控制修正单神经元PID控制规则,即可对非线性大滞后系统实现自适应控制.对于大滞后扰动系统,在稳定性、快速性、鲁棒性方面明显优于常规单神经元PID控制器.仿真结果表明,该方法应用于非线性大滞后系统具有良好的控制品质.     

离散化四足机器人自由步态控制方法

为了实现离散化四足机器人自由步态的控制,提出一种新的基于中枢神经模式发生器(CPG)的自由步态控制方法。介绍了离散化四足机器人模型,在已确定的地形中,设定四足机器人起始点与抵达点的状态。将连续步态按照离散化步态完成排序,形成排序集合。在此基础上,利用中枢神经模式发生器CPG,采用周期性振荡信号对离散化四足机器人腿部各关节进行控制,给出单独神经元模型。为了便于分析,使用互抑神经元构成的振荡器对神经元的输出信号进行改善,通过该振荡器产生规律的振荡信号,以控制离散化四足机器人完成自由步态移动。实验结果表明,所提方法能够有效控制离散化四足机器人实现自由步态移动。     

Design of trotting controller for the position-controlled quadruped robot

This work presents a controller designed for position-controlled quadrupedal dynamic locomo-tion, aiming at simple and robust trotting control .The controller takes the torso attitude angles and velocities into planning foot trajectories .Firstly design of the servo motor actuated quadruped robot is introduced and the kinematic equations are deduced .Then a scheme is presented for controlling the robot torso attitude based on the virtual leg model .Furthermore , it demonstrates the design of the controller which enables the robot to have a wide range of trotting gaits and omni-directional mo-tions.Finally, results of robust trotting in various speeds , path tracking and push recovery in simu-lation are reported , and results of trotting on real quadruped robots will be studied .     

四足机器人刚柔耦合仿生脊柱研究进展

 四足机器人的仿生脊柱对提高机器人非结构化环境的机动性和稳定性具有重要作用。系统分析了国内外四足机器人仿生脊柱的研究现状,将仿生脊柱分为局部柔顺脊柱和整体柔顺脊柱两类,对比分析不同四足机器人仿生脊柱的结构特点,提出未来发展趋势。四足机器人仿生脊柱从传统的整体刚性结构向刚柔耦合结构方向发展,具有类生物变刚度、可柔顺弯曲特性的新型仿生脊柱突破仿生驱动、神经元精细控制等关键技术,向高效能量转换的类生物系统方向发展。     

四足机器人步行控制算法的研究

静态步行控制算法是利用稳定裕量(S-Margin)判别法,对采用缩放式腿部结构的四足机器人进行步行控制,保证了全过程的稳定性,并通过腿部姿态的改变自动补偿凹凸地面的影响。最后,通过实验证明了上述算法及所研究的软件的可靠性和实用性。     

液压四足机器人髋关节的鲁棒自适应动态面控制

液压四足机器人髋关节由伺服阀控缸系统构成,是机械腿的关键组成部分.它的控制性能直接影响着机械腿甚至机器人的运动控制精度.因为髋关节工作情况的复杂性和阀控缸系统自身的非线性,使得传统控制算法无法满足机器人运动性能指标的要求.由此,本文对液压四足机器人髋关节伺服阀控缸系统的控制方法进行了研究.首先通过对髋关节工作条件的分析完成了伺服阀控缸的数学建模,然后基于鲁棒自适应动态面的控制算法设计了伺服阀控缸系统的控制器,并从李雅普诺夫稳定判据的角度证明了系统的稳定性.最后通过Matlab与AMESim的联合仿真,对鲁棒自适应动态面与传统PID及普通动态面的控制效果做出对比,证明了所研究算法的有效性.      

Stability margin of the quadruped bionic robot with spinning gait

Spinning gait is valuable for quadruped robot, which can be used to avoid obstacles quickly for robot walking in unstructured environment.A kind of bionic flexible body is presented for quadruped robot to perform the spinning gait.The spinning gait can be achieved by coordinated movement of body laterally bending and legs swing, which can improve the mobility of robot walking in the un-structured environments.The coordinated movement relationship between the body and the leg mechanism is presented.The stability of quadruped robot with spinning gait is analyzed based on the center of gravity ( COG) projection method.The effect of different body bending angle on the stabili-ty of quadruped robot with spinning gait is mainly studied.For the quadruped robot walking with spinning gait, during one spinning gait cycle, the supporting polygon and the trajectory of COG pro-jection point under different body bending angle are calculated.Finally, the stability margin of quadruped robot with spinning gait under different body bending angle is determined, which can be used to evaluate reasonableness of spinning gait parameters.     

Dynamic stability of quadruped robot walking on slope with trot gait

The dynamic stability of a quadruped robot trotting on slope was analyzed.Compared with crawl gait, trot gait can improve walking speed of quadruped robots.When a quadruped robot trots, each leg is in the alternate state of swing phase or supporting phase, and two legs in the diagonal line are in the same phase.The feet in the supporting phase form a supporting region on the ground.When a quadruped robot walks on slope, the vertical distance from zero moment point ( ZMP) to the sup-porting diagonal line is defined as ZMP offset distance.Whether this distance is less than the maxi-mum offset distance or not, the stability of robot trotting on slope can be judged.The foot trajectory was planned with the sinusoidal function.Based on the kinematic analysis, the ZMP offset distance of quadruped robot under different slope angles, step length and step height was calculated, then the reasonable slope angle, step length and step height for quadruped robot trotting on slope to keep dy-namic stability can be determined.On the other hand, the posture angle of quadruped robot should be controlled within the desired range.Computer simulations were executed to verify the theoretical analysis.The study will provide reference for determining reasonable step parameters of the quadru-ped robot.     

四足步行机器人中一种新型腿结构缓冲特性

四足步行机器人在高速步行时,地面对其产生了很大的冲击,引入弹性步行机构是减少冲击的关键．将一种新型弹性步行机构应用于四足步行机器人中,分析其工作原理,并研究其控制电路．进而以Ｐａｃｉｎｇ步态为例,对弹性步行机构的缓冲和储能功能进行了理论探讨和实验分析,并在对刚性腿和弹性腿对比研究的基础上,指出将弹性步行机构应用于四足步行机器人具有独特的优越性．     

基于虚拟模型的四足机器人控制策略

为提高四足机器人在对角小跑(Trot)步态下的行走稳定性,并减小控制策略的复杂程度,提出了一种基于虚拟模型的四足机器人控制策略;将四足机器人控制策略分为支撑相及机身运动控制、摆动腿相运动控制及足端轨迹规划三部分;在Trot步态下行走时支撑相中存在的前后对角支撑足,在分析四足机器人支撑足受力情况后,并添加相关的约束条件,实现了四足机器人足端力及力矩可控;并通过在四足机器人机身的质心位置添加相应的虚拟弹簧阻尼组件,实现了四足机器人姿态和高度控制;通过在摆动腿足端实际位置与环境之间添加虚拟的弹簧阻尼组件并结合足端轨迹规划实现了四足机器人柔顺行走以及足端轨迹跟踪精确性;通过Matlab和CoppeliaSim建立联合对比仿真验证了控制策略的有效性和优越性。     

Knowledge presentation by the MNSM-based controller for swimming motion of a snake-like robot

A MNSM( mirror neuron system mechanism)-based controller is developed to present the swimming rhythm of a snake-like robot in Cartesian space. From engineering viewpoint,the proposed controller is composed of a neuron for rhythm angle and two neurons for motion knowledge in XY plane. The given knowledge is a rhythm curve for swimming motion of a snake-like robot. Experimental results show that the proposed controller can present the knowledge of swimming rhythm,which represents the corresponding control law to drive the snake-like robot to swim with different speeds and turning motion. This work provides a novel method to present the knowledge for swimming motion of snake-like robots.