考虑横纵向误差协调的智能汽车路径跟踪控制研究

针对传统轨迹跟踪控制方法应用场景局限,精度不高的问题,为实现车辆横纵向联合控制从而提升无人驾驶汽车在结构化场景下的轨迹跟踪效果,本文建立了自然坐标系下的车辆跟踪误差模型,设计基于LQR与PID相结合的车辆横纵向耦合控制器。在横向控制层面,为消除系统稳定误差,通过引入前馈控制量实现系统的整体稳定,减小车辆在实际运行过程中产生的横向误差,提升控制过程的稳定性;在纵向控制层面,运用PID控制策略进行调节,实现车辆的实际速度与规划速度,实际位置与规划位置之间的精确匹配。通过MATLAB/Simulink与Carsim搭建联合仿真平台,针对日常泊车、驶入主路以及超车多种工况进行仿真验证。仿真结果表明：本文所设计的横纵向联合控制器将车辆的轨迹跟踪误差控制在可接受范围之内的同时,轨迹跟踪效果满足乘客对车辆乘坐舒适性的要求,故本文设计的控制器具备一定的稳定性和准确性。     

轮式移动机器人预定时间轨迹跟踪控制

在现有的轨迹跟踪控制中,跟踪误差的收敛时间通常与误差初始值有关,且关于非完整系统预定时间轨迹跟踪的控制方法很少.针对上述问题提出了一种使非完整轮式移动机器人系统可在预定时间跟踪上参考轨迹的控制方法.首先,通过坐标变换,将跟踪误差系统转变为一个由角度误差构成的一阶子系统和一个由位置误差构成的二阶子系统;然后,分别针对角度...     

连续时间系统的目标轨迹预见跟踪控制

针对连续系统的有限时间目标轨迹预见跟踪控制问题,给出了基于轨迹协调误差和切换规则的预见跟踪控制方法.该方法首先将轨迹协调误差和位置跟踪误差连同状态变量的微分组成新的系统状态变量,把跟踪问题转化为调节问题,设计了基于协调误差的带有目标值预见的跟踪控制系统.然后针对复杂目标轨迹跨过不同坐标轴的情况,采用切换系统方法,实现了目标轨迹的全程预见跟踪控制.本文同时是子系统为时变系统的切换系统的典型范例.数值仿真说明了该方法的有效性.     

基于RBF神经网络的弧焊机器人轨迹跟踪控制方法

针对目前弧焊机器人的控制算法大多是基于关节空间的算法,而这种算法无法实现对机械臂末端位置的直接控制的问题,提出了基于笛卡尔空间的轨迹跟踪控制算法.首先运用RBF(radical basis function)神经网络技术对实际机械臂数学模型的建模误差和参数不确定性进行补偿,接着定义Lyapunov函数并运用HJI(Hamilton-Jacobi inequality)定理设计基于笛卡尔空间的机器人鲁棒控制器.在此基础上以二自由度机械臂为被控对象进行仿真研究,仿真结果表明,基于笛卡尔空间算法的轨迹跟踪控制算法误差小于基于关节空间的控制算法,在基于笛卡尔空间的控制算法的仿真中末端轨迹跟踪误差小于0.08 mm,神经网络能够有效地在线学习机器人的建模误差和参数不确定性.     

基于综合导向的轮式移动机器人自适应轨迹跟踪控制

分析了不确定的具有非完整约束轮式移动机器人系统的轨迹跟踪问题,提出了一种自适应的轨迹跟踪控制方法,该方法在运动学模型的基础上通过引入状态微分反馈实现.同时,该控制方法提出在对轮式移动机器人进行导航时引入人工场,使其和位姿误差一起作用完成导航控制.基于轮式移动机器人的仿真实验,以及实际轮式移动机器人的控制实验表明,该方法可以对不确定的轮式移动机器人轨迹跟踪进行有效控制,而且在导航中使轮式移动机器人具有更理想的轨迹.     

考虑几何误差和跟随误差的五轴联动轨迹误差预测方法

为了准确分析五轴联动轨迹误差,从而提升零件加工效率,提出了考虑几何误差和跟随误差的五轴联动轨迹误差预测方法,在加工前或加工中预测在某选定机床上加工某轨迹的轨迹误差,提前判断选定机床是否能够满足零件轮廓误差的要求,保证零件的加工精度,提高加工效率。所提方法将位置相关的30项几何误差表征为函数,将位置无关的11项几何误差表征为常量,读取各轴指令位置序列和光栅检测位置序列,合成了包含跟随误差和41项几何误差的刀轴矢量轨迹,实现了五轴刀心位置轨迹误差及刀轴姿态轨迹误差的预测,并选用AC双转台立式五轴机床加工S形试件,对所提五轴联动轨迹误差预测方法进行实验验证。结果表明:指令轨迹和预测轨迹均呈现出S形,预测轨迹相对于指令轨迹存在一定偏差,呈现了几何误差和跟随误差的影响;实测轨迹与预测轨迹具有相同的变化趋势,两曲线均反映出部分尖峰特征,说明预测算法的正确性。     

一种4自由度高速并联机械手动态特性分析

以一种可实现SCARA运动的4自由度高速并联机械手(Cross-Ⅳ机械手)为研究对象,将运动学理论和虚拟仿真相融合,研究一种分析高速/高加速运动机构轨迹误差的系统性策略和方法.以运动学逆解模型为基础,获得Cross-Ⅳ机械手在给定运动轨迹和运动规律时的驱动关节位置数据曲线.利用三维CAD模型,通过有限元软件ANSYS和机械动力学软件ADAMS联合建模,创建Cross-Ⅳ机械手的刚柔混合模型.将驱动关节位置数据代入刚柔混合模型,仿真得到系统重力和惯性力引起的构件弹性形变导致的末端轨迹误差,并分析各向轨迹误差和综合误差随负载、运动规律和工作平面不同的变化规律,为机械手轨迹规划、运动规律优选和误差控制提供理论支撑和分析方法.     

考虑人机作用力的康复训练机器人各运动轴最优轨迹跟踪预测控制

针对人机作用力影响康复训练机器人的跟踪性能问题,提出了一种新颖的观测器设计方法,目的是利用系统的位置输出估计人机作用力.同时,为了抑制人机作用力并避免运动中产生较大的跟踪误差而影响康复者安全,设计了非线性控制器,并得到了机器人各运动轴系统模型.进一步,结合预测控制同时约束了系统轨迹跟踪误差和速度跟踪误差,并实现了各运动轴的最优轨迹跟踪.通过仿真结果对比分析和实验研究,表明文中提出人机作用力观测和控制器设计方法的有效性和优越性.      

基于径向基神经网络的Delta机器人位置精度补偿

针对Delta并联机器人末端控制精度问题,提出一种基于RBF的提高Delta并联机构运动学控制精度的方法。首先对Delta并联机器人的运动学逆解进行分析,探讨了影响控制精度的因素和现有提高控制精度方法的局限性。其次,求解Delta并联机器人的工作空间,结合实际工作,通过试验采集训练样本。以末端实际位置为输入样本,末端的期望位置与实际位置之差为输出样本,进行RBF神经网络模型训练,得到末端实际位置与位置偏差之间的非线性映射关系,基于此设计位置补偿策略。最后,在Delta机器人平台上进行实验验证,使用训练好的RBF网络结合运动学逆解,对Delta机器人末端进行轨迹跟踪控制。实验结果表明,末端控制误差由±30mm减小到±5mm,有效的减少了末端位置误差,为Delta机器人精准控制提供了一种简单易行的方法。     

三轮移动机器人的精确运动控制设计

首先利用几何结构关系理清了三轮移动机器人的所有非完整约束和完整约束,然后结合非完整力学系统的Euler-Lagrange方程计算得到其动力学方程.为了使得三轮移动机器人能够精确地沿着给定的轨迹曲线运动,将目标轨迹曲线转化为速度形式,然后通过引入一个微分同胚变换将该速度目标转化为和实际初始速度更为接近的形式,从而达到尽量减少控制系统的初始速度误差和累积位置误差的目的,最后结合最优控制和积分滑模控制方法为三轮移动机器人设计鲁棒跟踪控制器.仿真结果显示,提出的轨迹跟踪目标设计和控制方法能使三轮移动机器人精确沿着给定目标轨迹曲线运动,并具有一定的鲁棒性.     

行进间跟踪轴线稳定技术

研究自行火炮行进间载体牵连给跟踪带来的扰动问题,采用补偿的方法抑制这种扰动.即采用开环前馈控制与跟踪闭环部分相结合的控制方法,取得了很好的控制效果.从扰动的机理入手,利用可测参量,对扰动部分进行线性化,并给出了补偿信号的解析式.用Matlab Simulink进行了仿真,仿真结果表明所提出的方法能够使载体的扰动造成的误差明显减少.其优点在于能够在不改变原有控制系统结构的情况下,实现有载体扰动时的跟踪轴线稳定.     

基于曲率跟踪方法的轴上拖挂轮式移动机器人的运动控制设计

目的 针对轴上拖挂轮式移动机器人中的挂车对目标轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种能够跟踪挂车理想运动轨迹曲线相对曲率的双环控制方法。方法 首先通过梳理轴上拖挂轮式移动机器人受到的非完整约束建立出运动学模型,并通过欧拉-拉格朗日方程建立其动力学模型;然后利用运动学方程推导出挂车的理想运动轨迹曲线的相对曲率和拖车与挂车理想偏航角之差之间满足的重要函数关系式;最后基于该核心关系式,利用姿态误差系统的外环速度控制器和动力学模型的内环比例积分反馈控制器组成的双环控制方法来实现给定的跟踪任务。结果 仿真结果表明,对于外环系统,外环速度控制器使得姿态跟踪误差在经过一段时间的变化后全都趋近于零,实际的姿态变量最终稳定地趋近于目标姿态变量;对于内环系统,内环比例积分反馈控制器使得速度跟踪误差经过短暂的调整后趋近于零,实际速度值最终稳定地趋近于参考的速度值。结论 设计的双环控制器可以有效地实现姿态跟踪和速度跟踪,能够使挂车精确地跟踪理想运动轨迹曲线,由于在姿态跟踪过程中引入了挂车运动轨迹曲线的相对曲率,该方法可以极大地提高轨迹跟踪的精确度。     

基于动作捕捉的无人机运动状态识别

无人机运动状态识别是无人机运行状态分析的基础,是实现无人机航迹预测的必要条件。对于非合作目标来说,动作捕捉系统可以有效采集其航迹数据。提出一种基于动作捕捉的无人机运动状态识别方法。首先,通过插值、重采样、滤波等方法对包含噪声的无人机航迹数据进行预处理;然后,通过特征提取与特征选择方法,针对速度、加速度、曲率、转角这4个运动参数,提取无人机运动特征;并分割无人机航迹。最后运用支持向量机的方法进行无人机运动状态识别,对速度、加速度、曲率的分类精度分别达到了95%、90%和100%。证明了本方法的可行性。     

悬挂运动控制系统

该设计是以单片机AT89C52为核心的智能悬挂运动控制系统,采用了双路精密步进电机控制定滑轮上的吊绳,使画笔在指定的区域内画出预定运动轨迹。模块化设计,输入系统采用2×8键盘扫描方式,任意设定坐标原点参数,设置直线的起点与终点;建立数学模型,采用浮点计算,运动轨迹实现高精度,画出任意曲线。     

基于遗传学习算法的船舶航线保持自适应控制器的设计

基于遗传学习算法的船舶航线保持自适应控制算法 ,选择了具有偏航距离加权约束的广义最小方差性能指标进行自适应控制器的设计 ,所设计的控制器不仅适合于航向保持自动操舵 ,而且适合于航线保持自动控制 .     

基于瞄准误差的战斗机攻击轨迹跟踪仿真实现

战斗机对攻击轨迹精确跟踪是实现战机自动攻击的关键。首先分析战机空战攻击轨迹跟踪过程,将战机瞄准误差引入攻击轨迹跟踪算法,提出基于瞄准误差的战机攻击轨迹跟踪方法;将瞄准误差算法分解在2个平面内进行分析,建立轨迹跟踪模型,并利用Simulink工具箱,结合FlightGear飞行仿真软件综合模拟仿真轨迹跟踪过程。实景仿真结果表明该模型算法能够不断地减小瞄准误差实现对攻击轨迹的精确跟踪飞行。     

星基ADS-B监视数据空中位置信息质量分析

为弥补广播式自动相关监视系统(ADS-B)地面站建设成本高、技术复杂以及沙漠海洋极地等地区难以搭建的不足,可在卫星上搭建ADS-B接收机实现对全球空中交通的监测与管制。解析星基ADS-B报文,整理报文信息,提取导航完整度类别信息(NIC),分析空中位置数据的完好性和精度信息。选取符合完好性要求的航迹点数据,统计与航路中心线的实际位置误差,运用统计学方法对航迹误差分布进行分析。结果表明,实际误差距离符合正态分布规律,95.5%的概率下空中位置的实际误差在(101.694, 211.761)m,为后续的卫星基系统监视性能的可用性分析打下了良好基础。     

编带机锭子运动轨道曲线分析

锭子运动的轨道由直线和曲线两部分交替组成。锭子沿轨道运动时 ,由于速度、加速度的变化 ,使锭子与轨道间产生冲击和噪声 ,降低它们的使用寿命。加速度变化愈大 ,冲击力及噪声愈大。引起加速度变化的原因主要是轨道曲线形状。不同的曲线形状 ,加速度变化量不同。本文分析锭子运动轨道曲线的目的就是选用最佳曲线。通过分析 ,得到不同曲线的加速度变化量。比较确定 ,轨道曲线做成抛物线优于其它形状的曲线。抛物线形状简单、加工方便 ,锭子加速变化小。该结论可供生产、科研单位参考、借鉴     

RoboCup中型组足球机器人运动控制算法

针对RoboCup机器人路径规划和位姿控制的特点,以二维模糊控制器为基础．分别设计了基于误差分析的论域自调整伸缩因子和基于路径的误差累积因子,提出了一种基于误差累积因子的论域自调整模糊控制算法．仿真及试验结果表明,该算法具有控制精度高、实时性强,能快速、准确地跟踪期望路径的特点．     

细胞注射显微系统的空间精确定位方法

利用改进的激光三角测量法获得图像采集时丢失的高度信息，其相对误差小于0．4%，将该信息集成到伺服控制方程中就可以利用视觉信息来控制机械手在空间做三维运动．在图像空间控制机械手运动时，利用光学流方法获得每个采样周期后注射针在图像空间的位置，就可以消除系统存在的误差，使注射针沿预定的轨迹运动，完成细胞的注射．实验结果表明，利用该方法可以将轨迹误差从（11，10）像素，减小为（0，2）像素，从而方便地控制机械手在三维空间做精确定位和运动．