具有线性位置解的3-CRU并联机器人轨迹跟踪

针对现有单一的线性伺服控制时机器人运动平台的跟踪轨迹精度较差的问题,基于前馈力矩补偿和滑模变结构控制相结合的控制策略,对具有线性位置解的3-CRU并联机器人的轨迹跟踪进行了相关研究．采用拉格朗日方程建立了该机器人的包含建模误差和外部干扰的动力学模型并辨识了机器人的动力学参数,设计了在线性伺服控制基础上前馈力矩补偿与滑模变结构控制相结合的控制策略．通过实验对比,证明采用上述控制策略不仅提高了机器人动平台的轨迹跟踪精度,而且增强了机器人系统的鲁棒性．同时,线性的位置正解方程这一特性使得机器人驱动滑块的位置误差传递到运动平台上不会呈指数型累积增长,从结构上保证了机器人运动平台的轨迹精度．     

飞行模拟器运动平台的计算力矩控制

为提高飞行模拟器运动平台的运动精度,以一飞行模拟器的6自由度S tew art运动平台为模型,研究了提高并联运动平台精度的方法。在运动学分析的基础上,应用N ew-ton-Eu ler法建立S tew art平台的动力学模型。引入非线性反馈补偿,使得控制系统由一个内部非线性前馈环和一个外部反馈环组成。外部反馈环设计为比例微分(PD)控制方式,采用计算力矩控制方法对运动平台进行控制。仿真表明计算力矩控制可以使飞行模拟器运动平台的跟踪误差在较短的时间内收敛,并且误差趋近零。这种控制方法同样适用于其他类型的并联机构。     

基于在线辨识的机器人惯量前馈控制仿真研究

针对模块化串联协作机器人,当腕部3个关节模块集中在机器人末端时,在机器人运行过程中,本体和负载会对前3个关节产生较大的惯性效应,降低机器人的控制效果.为了消除惯性效应对机器人伺服控制系统的影响,提高协作机器人的跟踪精度,加快动态响应的速度,减少超调量并降低稳态误差,在建立协作机器人动力学模型、计算前馈力矩的基础上,提出了一种基于在线辨识算法的惯量前馈控制技术.由于在机器人运行过程中,各关节电机所带负载的转动惯量不断发生变化,为了实时得到转动惯量实际值,在控制系统中引入变遗忘因子最小二乘辨识算法,对各电机所带负载的转动惯量进行在线辨识.考虑到协作机器人关节中的传动机构多由弹性部件组成,将弹性因素加入到控制系统的设计当中,建立了两刚体弹簧系统被控模型.将转动惯量辨识值输入到前馈通道,实时修正动力学模型中的惯性矩阵,输出前馈电流并叠加在伺服系统电流环的输入端,从而实现前馈控制.最后,在Simulink环境中,基于实验室研制的一种模块化串联协作机器人对该控制技术进行了仿真验证,结果表明:该惯量前馈控制技术能够显著提升机器人控制系统的响应速度与跟踪特性并降低其超调量,验证了该惯量前馈控制技术的可行性与优越性.     

驾驶机器人车辆多新息动态转向力矩补偿

为了减小驾驶机器人车辆长期自动驾驶过程中转向性能下降带来的影响,提出了一种基于多新息的驾驶机器人车辆动态转向力矩补偿方法。构建了车辆动力学模型和驾驶机器人车辆动力学模型;建立了以路径曲率及车速为输入、方向盘转向角为输出的驾驶机器人车辆转向性能离线自学习模型;建立了以方向盘角速度、角加速度及车轮转角为输入,转向机械手驱动力矩为输出的受控自回归在线辨识模型,并运用遗忘因子多新息最小二乘方法进行参数辨识,将迭代计算过程中的标量新息扩展为向量新息,提高了驾驶机器人车辆转向性能参数的辨识精度;驾驶机器人车辆自动驾驶过程中,利用离线自学习模型和转向机械手动力学方程计算出转向电机输出力矩,加上反馈回来的驱动力矩误差,实现对驾驶机器人车辆转向力矩的在线动态补偿。仿真与试验结果对比表明:所提方法辨识的转向力矩误差在0.1N·m以内,跟踪目标路径的横向位移偏差小于0.2m;所提方法有效减小了驾驶机器人车辆转向性能下降造成的影响。     

不同路况下正常步态特征研究

为系统研究人体步态随路况的变化 ,利用人体运动分析系统采集了多个健康人在上下坡、上下楼梯、平地等路况下行走时的位移 -时间和地面受力数据 ,并利用人体下肢刚体动力学模型 ,计算了各路况下髋、膝、踝关节所需力矩。分析结果表明 ,各路况下人体步态差异很大 ,各关节所提供的力矩各不相同。支撑期上楼梯时所需膝力矩最大 ,摆动期上楼梯和上坡时所需膝力矩均较大。各种情况下不仅力矩的数值不同 ,而且力矩的模式也有很大差异。这些数值结果为了解人体运动规律 ,分析异常步态以及康复方法提供了依据     

四轮转向车辆的直接横摆力矩控制

将横摆力矩控制(DYC)与四轮转向(4WS)系统相结合,建立侧偏角和横摆角速度具有最佳输出响应的车辆理想模型.采用前馈和反馈控制相结合跟踪理想模型的控制策略,设计出最优控制器,并分别在低速和高速下进行仿真分析.结果表明:四轮转向模型与横摆力矩控制相结合,采用跟踪理想模型的控制策略能够有效地同时控制汽车转向侧偏角和横摆角速度,得到较好的瞬态及稳态响应,有效地减轻驾驶员操纵负担,提高了车辆操纵稳定性.尤其在高速行驶时,仍能获得较好的输出响应,利于提高行车安全性.     

电流变液智能下肢假肢摆动相控制原理与方法

建立了膝上假肢—残端系统的动力学方程,用解逆动力学问题的方法得出实现最佳步态所需的膝关节控制力矩。为实现对膝力矩的控制,研制了应用新型智能材料—电流变液的阻尼器及相应的微型数控高压电源。通过对步行速度的测量可以启动存储于单片机中相应的力矩模式,从而实现跟踪步行速度的膝力矩自动控制。与步速相适应的膝力矩模式是通过使假肢侧学习健侧步态的学习系统获得的。实验表明这种控制方法是有效的。     

一种新型并联动力头的前馈控制策略与实验

为满足高速并联动力头在高速加工时的动态控制精度要求,研究了基于Turbo PMAC运动控制器的动力学控制方法,提出一种基本伺服算法与动力学前馈补偿相结合的控制策略.通过二次插补获得粗插补信息,再根据虚功原理建立力矩补偿模型.利用Turbo PMAC的力矩偏置设置功能,将补偿力矩按照粗插补周期发送给基本伺服系统,进而减少偏差反馈所需的控制能量.在新型三坐标并联动力头上进行了不同工况的实验,证明该控制策略易于实现,通用性强,可大幅减少高速运动下的跟随误差和力矩波动,明显改善系统的动态特性,提高运动精度.     

基于Preisach逆模型的迟滞非线性系统自适应滑模控制

针对压电陶瓷的迟滞特性严重影响了精确定位或跟踪系统的精度,提出了基于Preisach逆模型的前馈补偿滑模自适应控制。为了避免逆模型的精度受原迟滞模型精度的影响,采用逆模型前馈补偿方法。逆模型前馈补偿不依赖于原模型的精度,同时可获得补偿电压,从而减弱迟滞特性;应用了自适应滑模控制方法,减小跟踪误差,并利用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器可保证系统全局渐进稳定。最后在Matlab环境中进行仿真。仿真结果表明,系统能够很好地跟踪期望输出,减小跟踪误差,验证了控制方案的有效性。     

基于计算力矩法的永磁球形电动机轨迹跟踪控制

永磁球形电动机动力学系统是一个多变量、非线性、强耦合系统.外部扰动、参数估计误差以及模型的近似均会影响系统的控制效果.为了获得良好的静态和动态性能,改善轨迹跟踪性能,提出了一种基于计算力矩法的永磁球形电动机轨迹跟踪控制策略.仿真结果表明,此方法可有效地削弱各轴向间非线性交叉耦合的影响,对外部扰动和模型误差具有良好的鲁棒性,可实现理想的轨迹跟踪控制效果.     

电动负载模拟器反演终端滑模控制

电动负载模拟器存在高阶非线性、参数时变以及多余力矩扰动,常规控制算法难以得到理想控制效果.本文提出一种反演设计的终端滑模控制策略.采用反演控制的思想,将加载系统划分为3个子系统,设计终端滑模控制律,并引入低通滤波器显著降低抖振,使跟踪误差在有限时间内收敛到0.利用Lyapunov方法证明闭环系统的渐进稳定性及有限时间收敛特性,实验结果表明所提出控制策略的有效性,与常规前馈反馈控制相比,加载控制精度有显著提升.      

车体振动弹药传输机械臂的有界轨迹跟踪控制

针对传统PID控制器未能考虑车体振动带来的不确定性外部摄动的影响,且存在控制性能依赖高控制输入、驱动容易饱和的缺点,基于计算力矩法与一种基于隐式Lyapunov函数的控制律,提出一种新的弹药传输机械臂轨迹跟踪控制方法.控制器的增益是系统误差变量的可微函数,随着实际轨迹逐渐趋向于期望轨迹,该增益逐渐趋向于无穷大,但是控制输入始终满足给定的约束.数值求解系统的动力学方程中采用牛顿迭代法与龙格库塔法交叉迭代.结果显示,所设计的控制器可以有效抑制车体振动的影响,实现了弹药传输机械臂的渐进轨迹跟踪控制,具有良好的鲁棒性.      

电动汽车轮边减速驱动系统转矩检测方法

提出了基于齿轮传动特征和力传感原理的电动汽车轮边减速驱动系统转矩检测新方法,旨在为分布式驱动电动汽车轮边电机的控制提供实时、精确的输出转矩反馈信息.阐明了布置于轮边齿轮减速器轴承端部的偏心套式转矩检测机构的工作原理,根据齿轮机构传力分析,导出轮边电机转矩检测公式;通过仿真分析、样机试制和试验测试,验证所述转矩检测方法的可行性和检测精度的准确性.该转矩检测方法有利于电动汽车驱动电机的高效控制,改善电动汽车的能源利用率和行驶性能.     

DTC 技术开关表建立方法研究

在传统的矢量控制技术蓬勃发展起来以后,直接转矩控制技术（DTC）横空出世,它适用于高性能异步电动机变频调速系统。其方法是首先选择合适的定子电压空间矢量,其次使定子磁链的运动轨迹近似为圆形或是多边形,最终达到电磁转矩和磁链模值的跟踪控制的目的。以开关磁阻电机为例分析了直接转矩控制系统开关表的建立方法。     

机器人机械手的鲁棒性稳定跟踪控制

为工业机器人机械手提出了一种稳定跟踪控制法．这种控制方法由前馈控制器、反馈控制器组成．前馈控制根据期望轨线用计算力矩法得到；反馈控制由线性ＰＩＤ控制项和非线性ＰＤ控制项组成，这种控制方法能使跟踪误差逐渐趋近于零．最后，给出了ＰＵＭＡ５６０机器人的计算机仿真实验验证此控制方法的有效性     

基于模糊自适应PID控制电液伺服加载系统的方法研究

针对某随动系统性能检测的需要,研究了电液伺服模拟器的加载,建立了电液负载模拟器的数学模型,结合前馈补偿抑制干扰力矩,采用模糊自适应PID加以控制,得到了较好的仿真效果。     

高精度伺服稳定跟踪平台数字控制器研制

以陀螺伺服稳定跟踪平台为背景 ,介绍了以DSP为处理核心的平台数字伺服运动控制器的研制 .指出惯性速率环和电机速度环的本质不同 ;提出增加电机转矩 (电流 )环用于提高电机输出转矩线性度的方法 ,从而达到提高惯性速率稳定环的控制效果 ;介绍了以CCD图像或增量式码盘测角组成系统位置闭环 ,以光纤速率陀螺作为惯性速率反馈传感器组成系统速率闭环 ,附带电流反馈组成电机转矩 (电流 )环和速度、加速度前馈装置的前馈反馈复合控制系统 .组成伺服跟踪平台系统联调后测试结果表明 ,系统具有良好的动、静态性能指标和很好的控制效果 .     

HEV自动膜片弹簧离合器转矩跟踪PID控制

在同轴并联混合动力系统和自动膜片弹簧离合器数学建模的基础上,提出一种包含Kalman滤波器、串级变参数PID控制器的自动膜片弹簧离合器转矩跟踪控制策略,设计了变参数转矩环比例控制器,对行程环PID控制参数进行了优化整定,对HEV模式切换过程中,离合器传递转矩的跟踪控制进行了仿真和试验研究.结果表明,所提出的离合器转矩跟踪控制策略具有良好的效果.      

多级跟踪微分带通滤波设计及柴油机转矩重构

针对同时带有高频和低频干扰的信号设计了一种多级跟踪微分带通滤波器,给出了跟踪信号和微分信号的计算方法;以船用16PC2-6柴油机的实测瞬时转速为例进行了仿真研究;在建立柴油机系统动力学模型的基础上,利用瞬时转速的跟踪信号和微分信号实现了柴油机指示转矩的预测.仿真结果表明：采用该多级跟踪微分器可以获得瞬时转速的高品质跟踪信号和微分信号,适用于柴油机的转矩重构.     

高超音速飞行器的神经网络跟踪控制

针对最小相位高超音速飞行器非线性系统的调节器方程无法求出解析解的情况,提出利用三层神经网络来近似输出反馈控制器中的前馈函数的方法,得到基于神经网络的输出反馈控制器可以解决高超音速飞行器系统的跟踪控制问题的结论.