传动柔性提升机神经网络鲁棒控制及振动抑制

为了提高物料提升机的位置控制精度和抗冲击能力,设计一种神经网络鲁棒控制和振动抑制方法。将传动链、谐波驱动装置等传动部件的关节柔性简化为无惯量线性扭(弹)簧并引入物料提升机模型中,利用拉格朗日方法建立系统刚-柔耦合动力学方程。基于奇异摄动理论将系统降阶分解为快、慢两个子系统,并设计混合控制器,其中,表征柔性振动的快变子系统采用关节速度差值反馈来直接抑制振动,而表征刚性运动的慢变子系统则采用基于HJI理论和RBF神经网络的鲁棒控制,通过神经网络对系统参数误差进行自适应调整。仿真结果表明,所设计的控制器能克服系统参数误差及外界扰动的影响,实现物料提升机位置的精确控制,并能有效抑制柔性关节的振动,保持系统的稳定性。     

自由浮动空间柔性冗余度机械臂姿态稳定控制

讨论了自由浮动柔性冗余度空间机械臂的姿态稳定控制问题.采用假设模态法对柔性连杆的变形进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,然后利用拉格朗日法建立空间柔性冗余度机械臂系统的动力学模型.在此模型基础上利用奇异摄动法把系统分解为快慢2个子系统,设计慢变子系统的模糊滑模控制器,以保证轨迹误差的渐近跟踪.对快变子系统则采用最优控制...     

基于神经网络及综合电机特性的柔性关节空间机器人全阶滑模控制

研究了载体位置、姿态均不受控的自由漂浮柔性关节空间机器人机械臂轨迹跟踪及关节柔性振动主动抑制问题,利用系统动量、动量矩守恒关系及第二类Lagrange法,并综合考虑关节驱动电机特性,导出了其全系统动力学模型;然后基于奇异摄动理论将该动力学模型分解为描述机械臂刚性运动的慢变子系统及描述关节柔性振动的快变子系统,并结合关节电机输出力矩与电枢电流的关系,将对控制力矩的设计转化为对电流控制的设计。之后,针对关节柔性振动快变子系统,采用速度差值反馈控制方案对其进行了振动主动抑制;针对机械臂刚性运动慢变子系统,则基于RBF神经网络提出了一种全阶滑模控制方案;其中RBF神经网络用于逼近由系统不确定参数带来的未知非线性项,全阶滑模控制方案的引入在于使控制系统在兼备传统滑模控制方案鲁棒性强特点的同时,还能克服抖振问题。最后,系统数值仿真结果说明了所提方案的有效性。     

柔性基和柔性关节空间机器人双重自适应控制

为实现参数未知柔性基和柔性关节空间机器人的刚性运动控制及柔性振动抑制,提出一种基于非确定性等价原理的双重自适应控制方案.结合拉格朗日法、动量守恒原理及奇异摄动法,导出基座姿态受控模式下的系统动力学方程及其在双时间尺度下的快、慢变子系统.利用一类新型低通滤波信号对系统回归矩阵进行修正,针对慢变子系统设计一种可多参数调节的非确定性等价自适应控制策略,以实现参数未知工况下基座姿态及关节的轨迹跟踪.针对具有不确定性快变子系统,设计一种可使快变子系统渐近稳定、抑制基座和关节柔性振动的自适应控制策略.仿真结果验证了所提双重自适应控制方案在系统刚、柔性运动控制上的有效性.     

自由浮动空间柔性机械臂轨迹跟踪与振动抑制

针对带有效载荷的3连杆全柔性空间机械臂,讨论了对有效载荷运动轨迹跟踪的快速终端滑模控制和连杆柔性振动主动控制问题.基于假设模态法、拉格朗日法和系统动量守恒对柔性连杆进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,推导了一种自由浮动空间柔性机械臂操作刚性有效载荷的动力学模型.在此基础上,采用奇异摄动法将系统模型分解为慢变和快变2个子...     

变姿态柔性机械臂横向振动主动控制理论与实验

综合模态控制和极点配置方法来抑制变姿态柔性机械臂的横向振动.建立了工程适用的柔性机械臂回转系统简化动力学模型,通过模态滤波器和状态观测器实现机械臂末端横向加速度到模态速度和模态位移的转换,结合极点配置法获得当前姿态下系统的模态增益系数,可计算得到模态控制力和实际控制力.实现了基于NI控制器和回转液压作动器的主动控制实验系统,开展了变姿态条件下柔性机械臂横向振动主动控制实验,结果验证了上述方法对变姿态条件下柔性机械臂横向振动抑制的有效性.     

双柔性机械臂伺服系统PI控制策略

柔性机械臂系统中的负载柔性、关节柔性会导致输出转速波动，故使用PI控制策略对伺服系统进行控制.根据连续体振动理论和拉格朗日方程建立同时考虑负载和关节两种柔性的动力学模型，并分析了两种柔性对系统传动特性的影响.使用Arnoldi方法对传递函数进行降阶，并对降阶误差进行评价.采用极点配置方法设计控制器参数，讨论了极点阻尼系数、自然频率等对系统动态特性的影响.最后进行双柔性机械臂的仿真分析和转动控制实验，结果表明：适当调整控制器参数可以有效减弱柔性机械臂伺服传动系统末端的转速波动，进而抑制机械谐振现象，使系统趋于稳定.     

双连杆柔性机械臂的主动控制

对柔性双连杆机械臂位置的主动控制进行研究,给出系统的动力学方程,采用非线性解耦反馈控制方法分别得出系统大范围运动方程和柔性臂的动力学方程,并采用机械臂逆动力学方法和LQR方法分别设计大范围运动控制律和压电作动器控制律.仿真结果表明,该控制方法能够有效地控制机械臂到达的指定位置,并且抑制柔性臂的弹性振动.     

受限双连杆柔性臂力/位置鲁棒控制

研究了受约束双连杆柔性臂的力／位置鲁棒控制。基于假设模态法导出受约束双连杆柔性臂系统的动力学方程，利用奇异摄动理论将其分解为慢变和快变两个子系统。针对慢子系统，基于力反馈设计了动态混合控制器；针对快子系统，设计带低通特性的最优控制器。由此得到的组合控制使柔性臂的末端轨迹和接触力得到精确控制。仿真结果表明该方法的有效性。     

大型空间柔性组合航天器动力学建模与控制

航天器在轨组装制造和在轨服务维护任务中,捕获航天器通过空间机械臂捕获目标航天器后,整个系统构成一个大型空间柔性组合航天器.本文首先建立了综合考虑机械臂关节、臂杆和航天器太阳翼等柔性部件振动影响的组合航天器动力学模型,采用非线性扭簧模型描述柔性关节,采用假设模态法和有限元法描述柔性臂杆和太阳翼,通过动量守恒和拉格朗日方法推导了柔性组合航天器的动力学方程.然后设计了柔性组合航天器轨迹跟踪与振动抑制复合控制系统,采用奇异摄动方法对组合航天器动力学模型进行了降阶分解,在快慢两种不同时间尺度内分别独立设计了控制器.最后通过数值仿真验证了建模和控制方法的有效性.仿真结果表明,本文所建动力学模型精确有效,能够准确反映柔性组合航天器的运动学和动力学特性;复合控制方法能够保证组合航天器在实现机械臂精确轨迹跟踪控制的同时有效抑制柔性部件振动,具有工程实用性.     

基于分布参数机械臂操作柔性负载的动态反馈控制

该文研究了多变量刚柔耦合的机械臂操作柔性负载系统的镇定问题。系统动态特性由偏微分方程表示的分布参数模型描述,避免了集中参数模型导致的溢出问题。基于柔性负载的能量动态分析和正实引理,利用Lyapunov函数提出了一种动态反馈控制方法。控制器由补偿控制和动态反馈两部分构成,其中动态反馈部分的传递函数是严格正实的。通过线性算子半群理论和LaSalle不变集原理,证明了闭环系统在期望位置邻域内的渐近稳定性。     

基于奇异摄动法的受约束双连杆柔性机械臂组合控制

建立了受约束双连杆柔性机械臂动力学方程,基于奇异摄动理论,将系统模型分解为慢变及快变两个子系统。对慢变和快变两个子系统分别设计控制器,达到了力/位置精确控制的目的。仿真结果验证了采用组合控制方案的正确性。     

基于分布估计算法的柔性机械手滑模控制器设计与优化

为了提高柔性机械手末端位置控制的鲁棒性和精度,提出基于分布估计算法(EDA)的滑模控制器优化方法.首先通过奇异摄动理论将柔性机械手动力学解耦为快慢2个子系统,分别设计含待定参数的快慢子系统的滑模控制器,然后给出了基于EDA的控制器优化策略,对滑模控制器进行优化.最后通过仿真与传统滑模控制进行对比试验,结果显示该方法在响应速度、超调量、控制精度以及振动抑制方面都优于传统的滑模控制算法.     

边界层厚度可变的柔性关节空间机器人两级滑模控制

针对空间机器人关节的快速跟踪控制问题,提出一种边界层厚度可变的两级滑模控制方法. 首先对研究对象建模,运用拉格朗日法推导出系统的动力学方程. 考虑其刚柔混合特性,结合奇异摄动理论,将系统分解为快、慢变两个子系统,对快变子系统设计了速度差值反馈控制方法,对慢变子系统设计了两级滑模控制方法,并引入边界层厚度可变的饱和函数来解决系统的振荡问题. 最后利用数值仿真进行了验证.     

采用RBF神经网络辨识的柔性机械臂抑振控制策略

针对柔性机械臂在运动过程中受到柔性因素的影响会出现剧烈振动的问题，提出一种采用径向基(RBF)神经网络辨识的柔性机械臂抑振控制策略，通过减弱机械臂转角波动的方式间接抑制振动。首先，根据拉格朗日原理和假设模态法建立柔性机械臂的动力学模型，其中的不确定项由模态坐标和转角耦合的非线性项构成；其次，在控制律的设计中采用RBF神经网络对动力学模型的不确定项进行辨识补偿，从而提高驱动力矩的精度；最后，通过调整神经网络权重自适应律的系数，使包含辨识结果的控制律满足李亚普诺夫稳定性定理，从而保证动力学系统的稳定性，其中权重自适应律由高斯函数和误差向量组成。采用柔性机械臂实物控制平台的对比实验结果表明：所提出的控制策略能够有效减小柔性机械臂的转角误差和振动幅值；当柔性机械臂长度为1.5 m时，相比常规比例微分控制策略，采用RBF神经网络辨识的控制策略使机械臂末端振动敏感方向的加速度的方差下降了5.8%。该控制策略为柔性机械臂的振动抑制提供了新思路。     

采用摩擦补偿的弹药传输机械臂自适应终端滑模控制

为处理某自行火炮弹药传输机械臂系统在负载变化和非线性摩擦干扰情况下的快速定位控制问题,构造了一种结合自适应思想的新型非奇异快速终端滑模控制策略.建立了负载变化及非线性摩擦干扰情况下的弹药传输机械臂动力学方程.为避免控制器产生奇异问题和改进控制器到达滑模面的速度,采用一种新型非奇异快速终端滑模控制策略,设计了弹药传输机械臂的控制律.针对系统不确定上界难以确定的问题,采用自适应律估计系统的不确定上界,并利用Lyapunov准则证明了系统状态的有限时间收敛.为实现系统非线性摩擦补偿控制,使用遗传算法对建立的Stribeck模型进行参数辨识.不同负载工况下弹药传输机械臂实验结果表明:文中设计的控制器实现了负载变化和非线性摩擦情况下弹药传输机械臂的快速准确定位,具有良好的鲁棒性,控制策略合理有效.     

柔性臂关节位置滑模变结构控制研究

研究了一种分级式柔性机械臂关节位置滑模变结构控制方案，首先推导了下位机关节位置伺服控制系统的数学模型，然后推导了在上位机上实现的滑模变结构控制率，并进行了实验研究。试验结果表明，该控制方案的弹性变形较少，有利于降低末端位置弹性振动。     

综合电机特性的柔性关节空间机器人全阶滑模控制

研究柔性关节空间机器人轨迹跟踪及关节柔性振动主动抑制问题.导出综合电机特性的动力学模型,且基于奇异摄动理论将其分解为快、慢变子系统.针对快变子系统,采用速度差值反馈控制;针对慢变子系统,提出一种基于径向基神经网络的全阶滑模控制.其中径向基神经网络用于逼近系统未知非线性项,全阶滑模兼备结构简单、鲁棒性强等优点的同时,还能克服抖振问题.系统数值仿真结果证明了所提方案的有效性.     

气动驱动的移动柔性臂振动控制

针对移动柔性机械臂的振动抑制问题,提出了一种基于有杆气缸驱动的控制方案.该方案采用脉冲码调制方法控制气缸活塞杆的运动,从而抑制柔性臂的振动.文中构建了气动系统回路,推导了气动驱动控制柔性臂的系统模型,并基于控制算法的闭环方程分析了该方法在实现滑块定位的同时实现抑制振动的可行性.最后,建立了基于气动驱动的移动柔性臂实验系...     

具有边界扰动柔性机械臂的鲁棒自适应边界控制

针对边界未知扰动和系统结构参数均具有不确定性的柔性机械臂系统,为了抑制其振动和提高振动控制效果,通过对柔性臂的结构参数估计,采用自适应和边界控制技术,设计了带有边界扰动观测器的鲁棒自适应边界控制对柔性臂振动进行控制。所设计控制算法能补偿结构参数不确定性和避免了控制溢出,边界扰动观测器能抑制和跟踪边界未知扰动的影响。随后利用Lyapunov综合法对控制系统的稳定性和一致有界性进行了证明。仿真结果进一步验证了该控制算法对抑制柔性臂振动的有效性。