SY-Ⅱ水下机器人-机械手系统的协调运动控制

为减小机械手的运动对水下机器人-机械手系统(UVMS)悬停抓取造成的影响,以SY-Ⅱ型UVMS为平台,针对其系统结构建立了一套基于模型的协调运动控制方法.根据牛顿-欧拉反向递推算法建立了包含因机械手运动引起的耦合力和恢复力的扰动力模型.将全局运动学控制律和基于扰动力模型建立的动力学控制律相结合构造了具体的协调运动控制器,通过该方法对影响机器人姿态的扰动力进行估计和补偿.在SY-Ⅱ型UVMS上进行了协调控制方法与S面控制方法的对比实验,结果表明:相比于S面方法,所构造的协调运动控制方法通过对姿态误差的实时估计和补偿,基本保持了姿态的稳定,证明了该控制方法的优越性.     

水下机器人-机械手系统末端执行器固定时间轨迹跟踪控制

针对四自由度水下机器人搭载二自由度机械臂的水下机器人-机械手系统,设计一种基于固定时间扰动观测器的积分滑模控制方法.利用固定时间特性,设计固定时间扰动观测器实现对未建模动态与外部扰动的观测,并设计了一种基于积分滑模的固定时间轨迹跟踪控制策略.仿真研究表明,设计的控制方法可在固定时间内使水下机器人-机械手系统末端执行器精准跟踪期望轨迹,且收敛时间与初始状态无关.该研究为具有未建模动态与外界扰动情况下的水下机器人-机械手系统末端执行器轨迹跟踪控制问题提供了 一种有效的解决方法.     

控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性

首先利用模糊神经网络算法构建了基于完整的带缆遥控水下机器人水动力数学模型的控制器,对水下机器人多自由度上的轨迹和姿态进行控制;然后,针对传统螺旋桨推进力分析方法中的缺陷,引入神经网络相关理论并结合计算流体方法对推进力和转速之间的相互关系进行辨识和换算;在此基础上构建了一个完整的、包括模糊神经控制器、机器人水动力数学模型以及推进力和转速换算模块的带缆遥控水下机器人控制系统;最后,在考虑系统各部分间相互影响的前提下进行了水动力特性的整体分析和计算.数值计算结果表明,所建立的控制系统可以对带缆遥控水下机器人进行有效的轨迹和姿态控制,文中方法可以从整体的角度分析一定控制动作下水下机器人的水动力响应.     

水下机器人控制系统设计与仿真

设计一款小型有缆水下机器人,搭建以滑模控制器为核心的软、硬件平台,改进有缆水下机器人传统滑模控制器定向、艏向与姿态控制在平衡面不稳定的情况,把定深控制器、艏向控制器和姿态控制器计算得到的控制量并联输出,作为脉冲宽度调制调节量对电机调速.用Matlab/Simulink仿真软件对定深控制、艏向控制和姿态控制进行滑模控制器算法仿真,仿真结果验证了有缆水下机器人滑模控制系统的有效性和稳定性.     

开架式水下机器人运动的变结构神经网络控制

针对开架式水下机器人运动的精确控制问题,提出一种水下机器人变结构神经网络控制方法。利用变结构控制理论中的趋近律方法,推导出神经网络参数的镇定算法,并讨论了学习算法的全局稳定性条件。仿真实验结果表明该控制方法对网络学习率的改变和外界扰动有很强的鲁棒性,具有一定的理论和实用价值。     

欠驱动UUV三维轨迹跟踪的反步动态滑模控制

提出一种欠驱动无人水下航行器(UUV)反步自适应动态滑模控制方法.结合反步和自适应滑模控制技术设计UUV的位置、姿态和时变速度跟踪控制器,采用虚拟速度来代替姿态误差的控制策略,将姿态跟踪控制转化为速度控制,能够有效避免传统反步法控制律设计存在的奇异值问题.针对系统模型不精确及时变扰动问题,引入滑模控制技术进行自适应补偿估计,提高了欠驱动UUV在未知环境中的鲁棒性及自适应能力,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了该控制系统误差最终一致有界.仿真结果表明:提出的UUV三维轨迹跟踪反步动态滑模控制方法收敛、有效,能够实现在系统参数不精确及时变扰动情况下的三维轨迹精确跟踪控制.     

水下机器人自适应S面控制

以某机器人为研究对象,使用S(Sigmoid)面控制方法构造了速度控制器并分析了该控制器的稳定性. 参考滑模变结构控制思想,提出了参数自适应S面速度控制器,使控制参数根据运动状态自适应调整. 同时,为了提高S面位置控制器的适应性,改进了控制器的自适应调整项,增强了控制器消除稳态误差的能力,实现了S面控制器局部动态调整. 水池中的对比实验和海洋验证实验表明,改进方法获得了良好的控制效果,有效提高了水下机器人运动控制的适应性.     

半结构环境中电力作业机器人机械手鲁棒轨迹跟踪控制

在输电线路高电压、强电磁干扰的恶劣半结构环境下,为有效抑制扰动信号及各种不确定性因素对电力作业机器人机械手轨迹跟踪精度和运动稳定性的影响,提出了一种基于H∞控制理论的机器人机械手鲁棒轨迹跟踪运动控制方法.通过机器人控制体系结构的分层,利用拉格朗日法并结合关节电机电枢电压方程对机器人的不同动力学行为进行了动力学建模,获取了机器人动力学行为和动力学参数的映射模型,在此基础上推导出了扰动及不确定性因素情况下关节运动控制的状态空间表达式,并以此构建立了机械手H∞轨迹跟踪控制模型,利用线性矩阵不等式（LMI）求解了相应的轨迹跟踪H∞控制器,最后通过仿真实验验证了H∞控制的有效性.现场作业试验进一步验证了该控制方法的工程实用性,同时该控制方法具有通用性好、适应性强、易于扩展的显著特性.      

机器人主动柔顺恒力打磨控制方法

为了解决打磨过程中打磨控制系统存在扰动问题,设计了一种机器人力控末端执行器,并提出了一种机器人主动柔顺恒力打磨自抗扰模糊变阻抗控制方法.所提方法的内环控制采用模糊变阻抗控制器,外环控制采用自抗扰打磨控制器.采用Lyapunov稳定性理论证明了所提方法的跟踪误差收敛为零.通过仿真和实验,验证了所提方法的有效性和适用性.研究结果表明：在内环控制相同情况下,与外环控制为PID控制器相比,所提出的机器人主动柔顺恒力打磨自抗扰模糊变阻抗控制方法减小了打磨过程中的力跟踪误差和位置超调量,提高了机器人打磨力控制系统的控制效果和鲁棒性,实现机器人柔顺恒力控制.     

仿生水下机器人的增强学习姿态镇定

针对一类双波动鳍仿生水下机器人的姿态镇定问题,提出一种基于增强学习的自适应PID控制方法.对增强学习自适应PID控制器进行了具体设计,包括PD控制律和基于增强学习的参数自适应方法.基于实际模型参数对偏航角镇定问题进行了仿真试验.结果表明,经过较小次数的学习控制后,仿生水下机器人的偏航角镇定性能得到明显改善,而且能够在短时间内对一般性扰动进行抑制,表现出了较好的适应性.     

用T-S型模糊神经网络的机械手轨迹跟踪自适应控制

对于常见的将 CMAC神经网络前馈控制器和常规反馈控制器相结合的机械手轨迹跟踪控制方案 ,它的控制性能同时受神经网络前馈控制器学习能力和反馈控制器控制精度的制约。该文提出的采用 T- S型模糊神经网络的机械手轨迹跟踪自适应控制方案充分利用了 T- S模糊模型的特点和优点 ,以一种基于简化的 T- S型的模糊神经网络作为前馈控制器 ,同时反馈控制器也采用 T- S型模糊神经网络实现。针对三自由度机械手轨迹跟踪问题的仿真实验表明 ,采用 T- S型模糊神经网络的机械手轨迹跟踪自适应控制方案是可行的和有效的     

树障清理机器人刀具系统自抗扰控制器设计

在用树障清理机器人进行输电线路通道树障清理时,为保证切割树木作业的平稳,必须对刀具系统进行转速控制。驱动刀具旋转的无刷直流电机是一复杂的非线性系统,刀具电机运行过程中存在参数摄动,且切割作业时由于切割力的存在,负载转矩会发生变化,因此传统控制方法很难达到对控制性能的要求。针对以上问题,本文基于自抗扰控制技术设计了刀具系统的控制器,将电机建模的不准确性和电机参数的摄动视为内扰,将负载转矩的变化视为外扰,利用扩张状态观测器对总体扰动进行观测和补偿。实验结果表明:本文设计的自抗扰控制器对于系统内部参数的摄动和负载扰动的变化具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统动态性能良好。     

火电单元机组机炉协调柔性自抗扰控制

针对火电单元机组机炉协调系统中普遍存在的强耦合、参数时变、大范围变工况运行等问题设计柔性自抗扰控制方案。首先,利用柔性控制结构调整系统接近能量供需平衡,解决系统输出在快速性和稳定性之间的矛盾。在此基础上,设计自抗扰控制器对系统中的扰动、不确定性等进行估计和补偿,使控制系统具有较强的抗干扰能力和对机组变工况运行的自适应能力。根据实际控制要求,进行设定值跟踪实验、输入扰动实验、变工况实验和蒙特卡罗实验。研究结果表明:所设计方案综合柔性控制结构和自抗扰控制器的优点,具有良好的控制品质和很强的性能鲁棒性。     

自主式水下机器人运动稳定性控制方法

针对自主式水下机器人稳定性控制问题进行了研究.首先对水下机器人的总体结构及其在水中的运动特性进行了分析,建立水下机器人系统的动力学模型;然后建立了直线、方向和位置的运动稳定性分析方法,确定了纵向稳定性和侧向稳定性准则,提出了基于特征值的稳定性要求;最后设计了无源自适应控制器,针对水下机器人在水中悬停和运动时易受海流影响的问题,建立了自适应补偿方法,进而确定了输入的不确定性补偿方法.对自主式水下机器人进行多方向的运动稳定性控制试验,通过试验修正稳定性控制参数,验证了设计的水下机器人运动稳定控制器的有效性和可靠性.     

欠驱动智能水下机器人的自抗扰路径跟踪控制

为削弱欠驱动智能水下机器人(AUV)在路径跟踪过程中遇到的外界环境干扰和载体内部信号传输干扰的影响,以某欠驱动AUV为研究目标,基于自抗扰控制技术以及在Serret-Frenet坐标系下建立的路径跟踪误差方程,结合水下机器人相关运动学及动力学方程,建立了二阶自抗扰路径跟踪控制器,并进行了与传统PID控制器的对比仿真实验.仿真实验包括水平面随机干扰下的圆路径跟踪和渐变干扰下的空间螺旋线跟踪.仿真结果表明,基于自抗扰控制技术的欠驱动AUV路径跟踪控制器能够实现相应的参考路径跟踪任务,同时,相比于传统PID控制器,自抗扰路径跟踪控制器能够更有效地抑制干扰造成的颤抖、超调等现象,具有更优的控制效果.     

四旋翼无人机自抗扰飞行控制器研究

为了提高飞行过程的抗扰动能力,针对四旋翼无人机自抗扰飞行控制器设计,分析自抗扰控制基本原理及其参数调节规律,在此基础上,改写四旋翼无人机动力学模型,引入虚拟控制量对位置和姿态进行控制解耦,应用扩张状态观测器实现状态解耦和扰动估计。最终得到四旋翼无人机双闭环自抗扰飞行控制器,实现对其位置和姿态的闭环控制。仿真实验结果表明,所设计控制器具有良好的解耦效果、抗干扰能力和鲁棒性能,可以实现对四旋翼无人机的飞行控制。     

水下无人航行器机械手系统动力学建模与协调运动轨迹优化

针对水下无人航行器和机械手系统,研究了动力学建模与协调运动的轨迹优化技术.基于水下无人航行器和机械手系统的运动学模型,使用Newton-Eulerian方法反向递推得到系统的动力学模型,系统分析了恢复力矩和耦合作用力,并以动力学模型为基础,通过对偶原理结合遗传算法建立了水下无人航行器和机械手系统协调运动的轨迹优化算法.仿真结果表明,在没有协调运动轨迹优化和航行器姿态控制的情况下,手臂的俯仰和摆动对航行器产生比较大的影响,所建立的协调运动轨迹优化算法通过航行器和机械手协调运动较大地减小了作业过程中恢复力矩对航行器的作用,使得航行器具有更多的控制力保持作业中的姿态并应付外界扰动,通过和微粒群算法的比较证明了该算法的优越性.     

多翼自治水下机器人动力学建模与姿态控制

为了提高多翼自治水下机器人姿态自主控制的稳定性和控制性能,设计了基于多翼水下机器人全参数控制模型的姿态控制系统.首先对多翼自治水下机器人进行运动学和动力学分析,建立多翼自治水下机器人的全参数运动控制模型;在此基础上建立多翼自治水下机器人整体控制系统,设计基于线性二次型最优控制的多翼自治水下机器人姿态控制器;最后进行多翼自治水下机器人姿态控制仿真实验.结果表明:在给定的外界干扰下,多翼自治水下机器人能够快速稳定跟踪目标姿态,所建立的控制器以及控制模型能够满足多翼水下机器人姿态的自主控制需要,达到设计目标.     

基于自抗扰的高超再入飞行器轨迹线性化控制技术

在高超再入飞行器运动模型的基础上,全面分析了全弹道3通道间的运动学耦合、惯性耦合、气动耦合和控制耦合.针对该强耦合系统的姿态跟踪问题,基于时标分离和奇异摄动原理,分别在姿态环慢回路和快回路设计了基于自抗扰的轨迹线性化控制器.结合控制器的设计过程,从前馈、反馈、干扰观测与补偿等角度全面分析了自抗扰轨迹线性化控制方法的通道解耦机理.仿真结果验证了解耦机理分析的正确性,表明自抗扰轨迹线性化方法具有很好的解耦效果,适合用于强耦合系统的控制器设计.      

化学机械抛光传输机器人晶圆抓取自适应控制方法

针对化学机械抛光装备中晶圆位置变化时传输机器人无法有效进行抓取的问题,提出了一种化学机械抛光传输机器人晶圆抓取自适应控制方法.机械手在对化学机械抛光设备工位上晶圆进行抓取时,使用先进的红外传感器测量晶圆位置和偏差,并进行实时位置补偿,从而实现机械手对工位上晶圆抓取的自适应能力,提高了化学机械抛光装备效率和可靠性.仿真实验验证了系统的有效性.