全方向康复步行训练机器人具有死区补偿的反步有限时间控制

为了解决死区影响全方向康复步行训练机器人系统的跟踪精度问题,提出了一种具有死区补偿的反步有限时间控制方法。考虑系统的未知死区,利用自适应方法估计死区宽度,获得死区信息并对其进行补偿,从而有效抑制了死区对系统跟踪性能的影响,避免了系统发生极限环振荡。为了防止机器人初始运动阶段产生较大的跟踪误差而影响康复者的安全,提出了反步有限时间控制方法,确保跟踪误差系统在有限时间内达到稳定。基于Lyapunov有限时间稳定理论,给出了误差系统的稳定条件及稳定时间。与速度和加速度同时约束的控制方法进行了仿真和实验对比,结果表明:所提的控制器设计方法可使系统的跟踪误差在大约8s后趋向于0,机器人在有限时间内实现了对指定轨迹的稳定跟踪,解决了速度和加速度同时约束的控制方法不能使机器人稳定地跟踪训练轨迹、无法解决系统死区的问题;所提的有限时间控制方法能使系统误差快速收敛,有效解决了死区对系统性能的影响,提高了机器人的跟踪精度和安全性。     

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.      

基于速度场的上肢康复机器人的主动控制策略

针对上肢辅助康复机器人在临床使用中的安全性和平稳性,以及主动康复阶段对患者主动参与康复训练的要求,采用了有别于传统轨迹跟踪的轮廓跟踪策略,并设计了一个主动控制器.轮廓跟踪策略是通过空间中的速度场约束机器人的运动来实现的.速度场可使机器人平滑而稳定地沿着期望的空间曲线运动.主动控制器引入了患者作用力,使机器人的运动速度能够根据患者所施加的作用力进行调整,实现患者主动参与康复训练的目的.仿真结果表明,轮廓跟踪-主动控制策略能够在保证跟踪精度的同时实现人机交互.     

考虑状态约束的液压系统自适应控制

针对液压伺服系统中的状态约束和不确定性问题,提出一种考虑状态约束的液压伺服系统自适应控制算法。该算法基于障碍李雅普诺夫函数设计了有限时间干扰观测器和自适应控制器,其中:有限时间干扰观测器用于干扰估计,且能保证估计精确;自适应控制器用于处理系统参数不确定性;障碍李雅普诺夫函数用于约束状态并保证闭环系统稳定。实验结果表明,该算法能够约束系统输出速度和加速度,系统期望跟踪指令幅值为10mm,稳态跟踪误差最大约为0.06mm,相对跟踪误差约为0.6%,系统跟踪精度得到了提高。     

打磨机器人自适应鲁棒约束跟踪控制

实际工作中的打磨机器人存在外部干扰或参数摄动等不确定因素,这些不确定因素有界但边界未知。针对这种不确定环境下的打磨机器人末端轨迹跟踪问题,文章提出一种自适应鲁棒约束控制方法。该方法将期望轨迹视为系统约束,利用约束跟踪的思想来解决轨迹跟踪问题,并将系统分为标称部分和不确定部分;针对标称部分,通过U-K(Udwadia-Kalaba)方程来求解约束力矩,使系统满足理想状态下的约束条件;针对不确定部分,设计一种泄漏型自适应律对不确定性边界进行估计,并根据估计的边界和约束误差来调节鲁棒控制项的增益,进而有效地补偿系统的不确定性。李雅普诺夫方法证明了该系统具有一致有界性和一致最终有界性,对简化后的打磨机器人进行末端轨迹跟踪控制的数值仿真实验结果验证了所提出方法的有效性。     

非完整约束下的轮式移动机器人轨迹跟踪

研究轮式移动机器人运动控制中非完整约束系统的轨迹跟踪性能。从非完整约束定义入手,通过非完整约束系统的判据和特点,推导几类典型的轮式移动机器人的运动学模型。通过一类控制Lyapunov函数来构造系统的控制器。利用Matlab/Simulink建立了非完整约束下的二轮和三轮机器人运动学模型,设计控制器实现机器人对圆形轨迹的跟踪。仿真结果显示:该控制器轨迹跟踪性能为稳态。通过轨迹曲线得到2种机器人的运动特点和相互关系。     

RLED机器人神经网络在线辨识及控制器设计

对考虑模型误差和外界干扰信号等不确定性因素在内的电驱动刚性机器人系统,运用神经网络和基于Lyapunov函数的逆向递推法提出一类自适应跟踪控制器.神经网络用于辨识机器人系统中包括电流一阶导数在内的复杂非线性项和不确定性因素;而基于Lyapunov函数的逆向递推法则保证了控制系统的鲁棒稳定性和干扰抑制性能.通过系统稳定性分析可以得到控制器参数的选取原则,以进一步提高控制系统品质.数值仿真结果表明所设计的控制器具有良好的鲁棒性和跟踪精度.     

一类互联机器人系统鲁棒跟踪控制器设计

针对一类带有不确定性的互联机器人系统,利用Lyapunov方法,设计了一个非线性鲁棒跟踪控制器.这个控制器能够保证被控互联机器人系统的位置向量与速度向量渐近地跟踪已知的轨迹.最后的仿真结果表明了该控制方法的有效性.     

非完整轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究

根据机器人的运动学模型 ,对具有非完整特性的移动机器人轨迹跟踪控制进行了研究 .采用基于积分backstepping时变状态反馈方法 ,引入具有双曲正切特性的虚拟反馈量 ,设计机器人轨迹跟踪控制算法 ,并且利用Lyapunov方法证明系统的全局稳定性 .考虑到机器人的动力学约束 ,控制律中引入机器人系统速度、加速度受限策略以保证机器人运动平滑 .仿真证明该算法具有快速、精确、全局稳定的良好特性     

具有访问约束和随机时延的网络化系统动态输出反馈控制

针对一类同时具有介质访问约束和随机时延的网络化控制系统,研究了其中的动态输出反馈控制设计问题. 考虑到介质访问约束和随机时延的影响,将系统建模为一类具有参数不确定性的马尔可夫跳变系统,基于李雅普诺夫稳定性理论和LMI技术推导出系统稳定的充分条件,并且设计了相应的动态输出反馈控制器,使得闭环系统鲁棒稳定并具有给定的H_∞性能,最后通过仿真算例证明了所提出方法是有效的.     

基于扩张状态观测器的磁悬浮球的反步控制

针对单自由度磁悬浮系统的非线性、不确定性和易受扰动等特点,提出一种基于扩张状态观测器的反步控制方法以提高系统的控制性能.在系统受到不确定性扰动的情况下,运用扩张状态观测器实时估计悬浮球的位置、速度和扰动信息,并将这种估计值与控制器设计相结合,然后采用反步法设计磁悬浮球的悬浮位置跟踪控制律,以Lyapunov方法证明系统...     

采用非线性干扰观测器的机械臂补偿型滑模控制

针对机械臂系统中存在的内外复合不确定性干扰问题,提出一种非线性干扰观测器补偿型滑模控制策略.在非线性干扰观测器设计过程中,引入辅助函数,避免加速度反馈测量项;同时实现对复合不确定性干扰的准确估计,用以补偿系统的控制输入,克服系统的“抖振”现象.在滑模控制策略方面,基于传统方法对惯性矩阵项进行调整的基础上,引入跟踪误差对模型离心力和哥氏力项进行调整,提高系统鲁棒性和稳定性.结果表明:两者结合能够最大限度地降低系统不确定性及外界干扰对机械臂控制性能的影响,在抑制抖振的同时增强系统的鲁棒性,提高轨迹跟踪精度.     

基于ADAMS的装车机器人运动分析

为了提高装车机器人的运动平稳性,采用UG和ADAMS软件联合仿真的方式,对装车机器人进行了运动分析。首先利用UG对机器人进行三维建模,并利用ADAMS建立机器人的虚拟样机模型。然后建立梯形曲线、S型曲线的速度模型,仿真分析这两种速度曲线对机器人运行稳定性的影响。针对S型曲线中加速段和减速段加加速度不连续,提出了一种三次S曲线加减速控制算法。仿真结果表明,三次S曲线加减速控制算法能够保证加速度和加加速度的平稳变化,避免产生大的冲击,使机器人运动更加平稳,为机器人的运动控制及优化提供了参考。     

通信延迟下自适应容错控制及其在航天器编队中的应用

为解决编队系统存在的参数模型变动范围不可预测、执行器部分失效等问题,设计提出了一种自适应鲁棒容错编队控制方法。给出航天器相对位置非线性动力学模型,设计了自适应鲁棒容错控制器,并且分别设计自适应律估计故障大小、质量和外界扰动上界,同时分析了闭环系统的Lyapunov稳定性,给出系统稳定所需要的条件。数值仿真结果表明,提出的控制方法能实现编队跟踪控制的目标,位置跟踪稳态误差小于1.5×10^-3m,速度跟踪稳态误差小于1.8×10^-5m,验证了所提出方法的有效性。     

静止无功补偿器与发电机励磁协调自适应控制

采用直接反馈线性化、非线性控制和参数自适应控制方法,设计了电力系统中静止无功补偿器(SVC)与发电机励磁协调自适应控制器.该控制方法可以同时满足发电机功角稳定和SVC节点处电压稳定控制.对于电力系统中存在系统参数的不确定性问题,由于系统参数往往和系统实际运行状态相关,这使电力系统的稳定性降低,也增大了系统稳定控制的难度.考虑了系统参数的具体特点,实现了系统参数与状态的解耦,利用参数自适应控制方法,获得系统目标跟踪及稳定控制.仿真结果表明,该方法具有较好的实用效果和优越性.     

Hegaglide机构路况仿真器的控制方法

为获得较高的系统跟踪精度,从动力学方程出发,研究了基于Hexaglide机构的路况仿真器的控制方法。建立滑模自适应的力矩辨识,将辨识得到的负载力矩作为系统的力矩前馈控制,并引入电机动力学方程约束速度、加速度的前馈补偿。应用MATLAB软件中的SimMechanics建立路况仿真器的机电耦合系统并进行仿真。结果表明,与传统PI控制方法相比,该控制方法可获得更加精确的位置跟踪精度。     

基于网络的液压马达伺服位置系统自适应鲁棒积分控制

针对基于网络的液压伺服控制系统面临的网络延时和阀控马达建模结构不确定性问题,提出了基于Pade定理和反步推导方法合成的误差符号鲁棒积分自适应控制器。该控制器使用Pade定理近似处理时变网络引起的延时,降低延时对控制系统跟踪性能的影响,应用自适应率逼近系统结构不确定性和延时误差值,采用误差符号控制方法补偿剩余的结构不确定性。通过构造合适的Lyapunov函数,验证了闭环系统的全局稳定性,保证闭环系统所有信号的有界性和跟踪误差渐进收敛性。仿真结果表明了该控制方法的高精度跟踪性能。     

一类基于 RBF 网络机械手的轨迹稳定跟踪控制

目的 针对具有外界干扰不确定性的柔性关节机械手实际轨迹跟踪稳定性问题,提出一种自适应动态面控 制与神经网络相结合的方法。 方法 对于非线性系统中的函数以及未知参数,根据径向基函数(RBF)神经网 点对其进行逼近,并对来自外界对系统的干扰项,通过设计阻尼项将其补偿,再根据动态面的相 络的特 关知识对该非线性 系统中的控制器进行设计且实现关节轨迹跟踪控制。 结果 仿真结果表明:在非线性系统中,该方法能够克服干扰 不确定性项,实现机械手连杆转角 q 较好的跟踪效果,误差缩在 5%以内,具有较强的跟踪稳定性,且随着时间的进 行,跟踪误差愈发减小且趋向于 0,对于参数的估计以及逼近都达到了理想的阈值。 结论 该方法保证了闭环非线 性系统半全局稳定,又可利用参数调节的方式达到跟踪误差任意小,且设计的控制器不但保证了机械手的位置跟 踪稳定性,而且很好地解决了跟踪抖动问题。     

无滑滚动圆盘的平衡运动及轨迹控制

研究水平面内无滑滚动圆盘的平衡运动及轨迹跟踪控制,建立了圆盘的无滑纯滚动的非完整约束模型。从姿态最容易实现稳定控制的角度出发,提出了一种姿态平衡条件,并以此条件为基础运用李亚普诺夫函数稳定设计理论导出了姿态平衡的速度控制律,同时利用反演控制技术设计了水平面内轨迹的跟踪控制律。最后通过仿真验证了姿态平衡控制律的有效性以及轨迹跟踪控制的稳定性和快速精确性。