采用跃度模型和干扰估计的并联式加注机器人分散鲁棒控制

针对液压驱动型并联式加注机器人的空间轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于机器人跃度模型和关节扰动估计的分散鲁棒控制策略。通过并联机器人的跃度反解模型将系统基于笛卡尔空间的理想期望轨迹映射为各独立关节的期望轨迹,同时将关节间的耦合交联项处理为各驱动单元的时变外部干扰,进而将并联机器人分解成一组受有界外部扰动关节子系统的集合。针对各独立关节,算法通过反步方法融合了扩张状态观测器和鲁棒控制器,其中扩张状态观测器主要用来实现对关节中匹配不确定性与不匹配不确定性(包括外部扰动和非线性建模误差)的精确估计和补偿,鲁棒控制器用于抑制扰动中超出观测器带宽的快速时变项和其他误差项。通过构造Lyapunov函数从理论上验证了整个闭环系统的稳定性。实验结果表明,提出的控制器能准确估计和补偿各关节子系统中存在的匹配与不匹配不确定性,同时系统具有良好的轨迹跟踪性能和较强的抗干扰能力。     

采用干扰观测器的水下滑翔蛇形机器人纵倾运动控制

针对水下滑翔蛇形机器人在实现滑翔运动时存在控制输入受限和外界未知干扰的问题,提出了一种基于Nussbaum函数和非线性干扰观测器的反步控制策略。通过对欠驱动水下滑翔蛇形机器人的垂直面运动进行分析和有条件的简化,得到了对应运动学及动力学方程组。采用Nussbaum函数与双曲正切函数相结合的方式处理系统控制输入饱和,避免了双曲正切函数存在的控制器奇异值,通过非线性干扰观测器实现对外界复合扰动的有效观测并进行补偿。设计了纵倾运动跟踪的反步控制器,针对反步法中虚拟项引发的计算膨胀,采用动态面方法来消除。基于Lyapunov稳定性理论设计了控制器,保证系统能够实现速度与位置信号量的全局一致稳定性。研究结果表明:所提方案相对传统反步法,在响应时间与误差收敛速度方面都有一定程度提高,且非线性干扰观测器对于复合扰动量观测性能良好;所设计的控制器可以有效实现机器人在外界未知干扰下纵倾运动的稳定跟踪,且具有较强的鲁棒性。     

带有非线性内模补偿的挠性航天器姿态控制

针对挠性航天器姿态控制中的干扰和振动抑制问题,提出了1种带有非线性内模补偿的鲁棒姿态控制器。基于内模原理设计非线性动态干扰补偿器,可渐近抑制非线性外部系统产生的时变干扰信号。分析刚挠耦合关联系统特性并应用Lyapunov方法,提出1种基于姿态角速度反馈镇定挠性模态的鲁棒态控制律,实现了包括挠性模态在内系统状态量的渐近稳定。该控制器仅采用姿态角和姿态角速度测量信息,不需要测量模态,易于工程实现。将该控制器用于挠性航天器姿态控制,仿真结果验证了其有效性和对干扰的鲁棒性。     

基于前馈补偿的关节机器人轨迹跟踪控制研究

针对关节机器人的轨迹跟踪控制问题，利用前馈控制的思想，设计了常规PID控制前馈补偿项，有效提高系统的跟踪性能。将该方法应用于GR-II型两关节机器人系统，仿真实验表明该控制方法能保证系统良好的轨迹跟踪性能，并能有效抑制干扰，与常规PID控制效果对比，有更好的控制性能。     

双臂巡检机器人位姿变化下沿悬链线行走能力分析

为解决双臂巡检机器人沿输电线行走过程中存在的行走轮受力不均,易打滑脱线等问题,提出一种移动关节主动调节方法.分别建立了传统的双臂巡检机器人、带柔索双臂巡检机器人和带移动关节双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析发现:机器人在最佳位姿状态下,受力情况最好,不易发生打滑问题.建立了巡检机器人关节变化的动力学模型并设计主动控制器,对机器人行走越障和沿线行走两种工况进行了仿真模拟.所设计的控制器能够协助机器人完成大坡度巡航与行走越障工作,并能够有效抑制关节振荡问题,缩短响应时间.最后开展了机器人行走越障与不同坡度行走实验,表明所设计的控制器能够辅助机器人完成巡检任务,有效抑制了行走打滑问题.     

被动模式下肢外骨骼机器人的步态轨迹跟踪控制

针对被动模式下肢外骨骼机器人的步态轨迹跟踪控制问题,提出一种自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)策略.将系统未建模动态、系统间动态耦合和外部扰动视为总干扰,设计扩张状态观测器(extended state observer,ESO)进行估计,采用前馈方式进行补偿,从而抑制干扰的影响.通过设计的误差反馈控制器,实现对期望步态轨迹的跟踪控制,并给出ESO误差有界以及闭环系统稳定性的证明.仿真结果表明,所提的ADRC策略能准确跟踪步态轨迹,相比于比例积分微分(PID)控制和计算力矩控制方法,该策略不仅能保证良好的跟踪效果,还能有效抑制干扰.     

分块建模关节机器人的PI鲁棒滑模控制

为实现机器人关节位置镇定和轨迹跟踪控制,控制律的设计须针对确定的机器人动力学模型,由于机器人结构参数、作业环境的外界干扰及结构振动等不确定性因素的存在,会造成机器人动力学模型不确定.为此,设计3个RBF神经网络分别对不确定机器人模型中的3个不确定项进行分块建模,得到机器人估计模型,神经网络的权值采用自适应算法.针对机器人估计模型设计PI鲁棒滑模控制律.将所设计的控制器用于三关节机器人的三个关节的力矩控制,研究结果表明:三关节均约在1 s时达到期望位置和跟踪期望轨迹,镇定误差和跟踪误差也快速、稳定地趋于零.通过定义基于积分型的Lyapunov函数,利用Lyapunov稳定性理论证明了控制系统是全局渐近稳定的.     

基于信号补偿的机械臂鲁棒控制器设计与实现

为了解决基于信号补偿的鲁棒控制方法在实际系统中的设计和实现问题,将该方法应用于实际机械臂系统的控制器设计。在分析了实际控制器设计与理论设计之间的差异的基础上,针对实际系统对控制器设计的约束,提出了可采取的措施,并提出了相应的控制器设计及调节方法,即首先设计单关节子系统标称控制器和鲁棒补偿器,然后再进行多关节鲁棒控制器的统调。将该方法用于实际的二自由度平面机械臂系统的鲁棒控制器设计,进行了物理实现和控制实验,获得了期望的控制结果。     

自抗扰控制器在气压伺服控制系统中的应用

为提高控制系统的鲁棒性,增强干扰抑制能力,提出了适用于气压伺服系统的自抗扰控制器方案,并讨论了控制参数的整定.自抗扰控制器为非线性控制器,由跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律3部分构成.扩张状态观测器可以实时观测系统状态和扩张状态,从而实现全状态反馈及系统不确定性和外扰的补偿控制.自抗扰控制器的设计不依赖于被控系统的精确数学模型,并对内外扰有较强的抑制能力,在整个系统工作区间都有良好的鲁棒性.仿真结果表明,自抗扰控制器对气动伺服系统模型的不确定性以及外干扰的鲁棒性较好,且具有较优的动态性能.     

外骨骼机器人手指鲁棒跟踪控制

基于外骨骼机器人手指系统动力学,提出了机器人鲁棒μ控制器的设计方法。分析了系统模型的不确定性,将负载动力学作为系统的反馈不确定,建立了合理的被控对象标称模型。基于高速DSP实现鲁棒控制器的数字化,在μ控制器设计和数字实现过程中考虑了机器人系统的计算延时。通过实验评估采样延时对机器人控制器鲁棒性能的影响。实验结果表明,μ控制器能够抑制干扰和模型不确定对机器人系统的影响,系统具有很好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

输电线巡检机器人位姿变化的柔性关节控制策略

为降低输电线巡检机器人的柔性关节输出速度的波动程度，采用极点配置方法设计柔性关节伺服驱动系统控制器参数.该参数的选择随机器人位姿变化而变化，从而使机器人柔性关节伺服驱动系统能够获得平稳的输出速度.首先建立了机器人柔性关节伺服驱动系统动力学方程，并求得电机转速到电机电磁转矩的传递函数；接下来将PI控制策略应用于柔性关节伺服控制，求得控制系统闭环传递函数；然后采用相同阻尼系数的极点配置策略设计控制器参数；最后开展了巡检机器人越障情况下变位姿工况的柔性关节控制实验，结果说明可通过适当选择极点配置参数使柔性关节获得良好的输出速度.     

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.      

基于滑模控制与工程设计法的随动系统

红外焦平面成像导引头的双框架陀螺稳定平台在不考虑内外框相互耦合的情况下,每个轴系可以独立视为直流电机控制的随动系统.借鉴实际系统,介绍随动系统的工程设计方法.针对系统设计过程中遇到的非线性和环境实验中抗振动冲击等问题,利用滑模控制在参数变化和干扰作用下具有较高控制精度的特性,在速度闭环中采用积分型滑模控制.滑模控制最大的缺点是由于实际系统存在惯性等因素造成抖振,因此通过工程设计方法缩短电流环的时延并利用该法选取积分型滑模状态参数,提高滑模控制的精度.结合电流环在一定条件下可以等效为惯性环节,导出滑模控制状态方程,并对扰动进行补偿以提高系统控制的准确性.通过仿真证明滑模控制结合工程设计方法的有效性.     

未知视觉参数下的移动机器人动力学鲁棒镇定

针对具有未知参数的视觉伺服下带有非完整约束的一类移动机器人不确定扰动的动力学模型,提出新的反馈控制算法,实现了移动机器人的位姿镇定.首先,对于单目摄像机模型下的移动机器人运动学模型,将原始系统进行状态缩放变换,基于线性时变系统的稳定性理论,设计了非完整移动机器人运动的期望速度,实现了机器人的指数镇定;其次,对于带有不确定扰动的非完整移动机器人的动力学模型,利用计算力矩法设计力矩控制器,使得机器人的实际速度在有限时间内收敛至期望速度,并且通过了严格的数学证明.最后,仿真结果验证了所提控制器的有效性.     

基于自适应Backstepping的PMSM速度控制器设计

为了设计交流永磁同步电机的高性能速度控制器,提出了一种基于自适应Backstepping的速度控制器设计方法.基于永磁同步电机的数学模型,以速度跟踪为目标,把系统分解成几个子系统,为每个子系统设计Lyapunov函数和中间虚拟控制量,再后退到整个系统,得出实际控制量电压的直轴和交轴分量.为了抑制永磁同步电机存在的参数摄动、负载摄动等不确定因素对系统性能的影响,引入自适应与反推控制相结合的策略,使系统能够根据参数的变化自行调整,保证系统的性能及其稳定性.Matlab仿真结果表明,系统具有良好的稳态精度和动态性能.     

机器人的伺服控制

本文研究了机器人伺服控制系统,指出软伺服控制方式是机器人控制的主要方式。文中阐述了DD机器人的技术关键。推导了三自由度小型机器人的运动方程,讨论了实现其控制的出发点,提出了用于进行控制的以计算机系统为核心的伺服系统,着重分析了F/V电路的组成及工作状态。     

具有扰动观测器调速系统的稳定性分析及转速环设计

针对将扰动观测器应用于实际伺服系统有可能由于参数选取不当导致系统不稳定的问题,提出应用于实际伺服系统的扰动观测器的一般性结构;讨论了扰动观测器环节对系统稳定性的影响,给出了扰动观测器环节参数的选取方法;分析了具有扰动观测器的实际调速系统转速环的设计方法。仿真实验表明采用该法设计嵌有扰动观测器的调速系统,能够使系统稳定的同时,具有良好的动、静态性能。     

一种新型的高频响导弹气动舵机的动力机构特征分析

首次提出了一种气体开关式气液联控伺服系统 ,描述了此类系统的基本结构和工作原理 ,给出了相应动力机构的数学模型 ,在典型参数下进行了仿真计算 ,并详细分析了此类动力机构的静、动态特性。提出了用气体开关式气液联控伺服系统可以实现常规气压伺服控制系统难以实现的高频响、高精度、高刚度的结论 ,从而为高性能导弹气动舵机的控制寻求出一条新的途径     

钢铁机器人—1操作手动力方程的建立

本文应用拉格朗日方程和保罗近似方法[1]来建立我院钢铁机器人—1操作手的动力方程。为了突出动力方程的物理意义,而根据操作手机构的动能和势能,来找出各关节力矩与各关节角加速度之间的简单关系式;为了实际应用,利用保罗近似方法来简化求导计算过程。     

基于递归函数链模糊神经网络的永磁直线同步电动机位置控制

针对高精度永磁直线同步电动机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)存在参数变化、负载扰动、摩擦力等不确定性因素而影响电机伺服性能的问题,提出递归函数链模糊神经网络控制(RFLFNN)保证系统的伺服性能。首先在磁场定向控制下建立PMLSM伺服系统动态数学模型。其次,将函数链神经网络(FLNN)和递归模糊神经网络(RFNN)相结合设计RFLFNN控制策略,利用FLNN实现神经网络的函数扩展,提高系统的非线性逼近能力并对系统参数进行辨识; RFNN采用反向传播算法实时更新并调整神经网络的参数值,对系统中存在的不确定性因素进行估计以抑制不确定性因素对系统的影响。最后,通过系统实验证明所提方法的有效性,实验结果表明,与RFNN相比,该方法极大地改善了PMLSM伺服系统的位置跟踪性能。