冗余度空间机械臂的动力学与优化控制

利用多体系统动力学方法导出冗余度空间机械臂的动力学方程，利用动力学优化控制规律，以最小关系速度为目标，讨论了冗余度空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的控制问题，通过仿真计算，表明控制规律的有效性。     

空间机械臂冲击动力学建模及冲击后运动控制

通过对漂浮基空间机械臂冲击动力学的建模,计算出完成抓取操作后空间机械臂各关节的运动速度,从而为数值仿真计算提供初始条件.针对目标物体及空间机械臂系统惯性参数存在未知的情况,设计了冲击后空间机械臂及目标物体组合系统的载体姿态及关节运动滑模神经网络控制,并对平面自由漂浮空间机械臂系统抓取目标物体的操作及冲击后控制进行了数值仿真.仿真结果表明,空间机械臂抓取目标物体时的冲击对系统有重大的影响,所设计的控制方案可保证系统对期望运动的追踪.     

自由漂浮空间机械臂基于神经网络的H_∞鲁棒控制

考虑到自由漂浮状态的空间机器人模型不确定性,提出了神经网络的H∞鲁棒控制策略.首先建立自由漂浮空间机器人的动态模型,再利用径向基函数(RBF)神经网络良好的逼近能力自适应补偿系统的未知非线性模型,逼近误差作为外界干扰通过鲁棒控制器消除,该方法从整个闭环系统的稳定性出发建立了神经网络权值在线学习算法,利用H∞理论设计的鲁棒控制器保证了系统的稳定性,并使系统L2增益小于给定的指标.仿真结果表明了所提出的控制器的有效性.     

基于神经网络的空间柔性机械臂PID快速学习控制

针对自由漂浮柔性空间机器人的轨迹跟踪问题,提出一种径向基函数（RBF）神经网络控制策略.首先建立漂浮基柔性空间机器人的非线性动力学方程,考虑到RBF神经网络良好的逼近能力,柔性臂的非线性逆动力学模型通过RBF网络来逼近,采用PID控制器与神经网络控制器来共同保证系统稳定性,其误差代价函数由PID控制器提供,采用固定中心参数,而扩展宽度采用启发式关系确定,网络权值采用改进的最优准则算法进行调整来实现快速学习能力.仿真结果表明了这种RBF神经控制器能够达到较快的误差收敛速度.     

空间柔性机械臂建模、控制以及轨迹规划研究综述

经过几十年的不懈努力，我国航空航天技术日益突进，逐渐走向世界前列。但由于空间环境情况的复杂多变以及柔性臂本身固有的物理属性，常会导致末端执行器发生振动或未按规定路径运动等一系列问题。在简述国内外空间柔性机械臂发展现状的基础上，分析了空间柔性机械臂建模、控制方法以及轨迹规划3个方面的研究现状，并详细调研了相关内容在不同工况下适用的设计方法及其优缺点，以及部分专家学者对该方法的具体应用情况。最后结合上述分析内容，提出了柔性空间机械臂的发展趋势与展望。     

SCARA型机械臂的智能神经网络控制研究

在传统机械臂动态控制基础上,将RBF神经网络与模糊逻辑控制相结合,提出一种新的智能控制方法——RBF模糊神经网络控制方法。该方法使用两个子网络分别对关节1和关节2实施控制,最后通过协调级网络来消除和减小两个关节之间的耦合作用。以仿真实验结果说明该网络结构简单明确,计算更加有效,并通过适时地修正网络参数,在线调整了模糊隶属函数的中心值和宽度,所设计的控制器能快速、稳定地跟踪到期望轨迹。     

采用RBF神经网络辨识的柔性机械臂抑振控制策略

针对柔性机械臂在运动过程中受到柔性因素的影响会出现剧烈振动的问题,提出一种采用径向基(RBF)神经网络辨识的柔性机械臂抑振控制策略,通过减弱机械臂转角波动的方式间接抑制振动。首先,根据拉格朗日原理和假设模态法建立柔性机械臂的动力学模型,其中的不确定项由模态坐标和转角耦合的非线性项构成;其次,在控制律的设计中采用RBF神经网络对动力学模型的不确定项进行辨识补偿,从而提高驱动力矩的精度;最后,通过调整神经网络权重自适应律的系数,使包含辨识结果的控制律满足李亚普诺夫稳定性定理,从而保证动力学系统的稳定性,其中权重自适应律由高斯函数和误差向量组成。采用柔性机械臂实物控制平台的对比实验结果表明：所提出的控制策略能够有效减小柔性机械臂的转角误差和振动幅值;当柔性机械臂长度为1.5 m时,相比常规比例微分控制策略,采用RBF神经网络辨识的控制策略使机械臂末端振动敏感方向的加速度的方差下降了5.8%。该控制策略为柔性机械臂的振动抑制提供了新思路。     

柔性机械臂控制方法的研究

针对柔性机械臂的控制难点,在纵观柔性机械臂控制现状的基础上,提出了利用广义预测控制方法对柔性机械臂进行控制。实验结果表明,广义预测控制方法对柔性机械臂的控制是有效的。为柔性机械臂的进一步研究提供了理论指导及重要的前提条件。     

自由浮动空间柔性冗余度机械臂姿态稳定控制

讨论了自由浮动柔性冗余度空间机械臂的姿态稳定控制问题.采用假设模态法对柔性连杆的变形进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,然后利用拉格朗日法建立空间柔性冗余度机械臂系统的动力学模型.在此模型基础上利用奇异摄动法把系统分解为快慢2个子系统,设计慢变子系统的模糊滑模控制器,以保证轨迹误差的渐近跟踪.对快变子系统则采用最优控制...     

自由浮动空间柔性机械臂轨迹跟踪与振动抑制

针对带有效载荷的3连杆全柔性空间机械臂,讨论了对有效载荷运动轨迹跟踪的快速终端滑模控制和连杆柔性振动主动控制问题.基于假设模态法、拉格朗日法和系统动量守恒对柔性连杆进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,推导了一种自由浮动空间柔性机械臂操作刚性有效载荷的动力学模型.在此基础上,采用奇异摄动法将系统模型分解为慢变和快变2个子...     

空间机械臂直接驱动、挠性的输入成型控制

针对空间环境和空间任务的特殊性,以空间机械臂模拟实验系统为研究对象,利用空间机械臂动力学模型,设计了脉冲输入成型器.它借助输入成型技术的前馈控制方法,有效地消除机械臂完成跟踪运动的余振动,实验证明:该系统的运动状况能够满足控制系统的要求.     

变负载柔性机械臂复合学习控制

针对末端负载质量变化的柔性连杆机械臂运动轨迹跟踪控制问题,提出了一种结合径向基神经网络(RBFNN)和干扰观测器(DOB)的复合学习控制方法。利用RBFNN逼近连杆柔性引起的非线性不确定性,构造DOB实时估计包括负载变化、非线性摩擦、RBFNN逼近误差等效应的集中干扰,将两者用于控制器的前馈补偿设计以提升系统跟踪性能,同时设计鲁棒反馈控制律保证系统的稳定性。通过Lyapunov稳定性理论证明了所提控制方法可保证跟踪误差的有界性和闭环系统的稳定性。基于柔性机械臂平台的对比实验结果表明:所提控制方法在不同负载下可以保持跟踪精度在0.5%以内,负载变化引起的误差变化不超过2%;与仅使用神经网络的控制方法相比,跟踪性能提升了24.7%。     

自由漂浮柔性空间机械臂抗扰控制

自由漂浮柔性空间机械臂的基座不受控,在外太空环境中不仅会受到如关节处摩擦力矩等匹配干扰的影响,还会受到如太阳辐射等非匹配干扰的影响.为了保证柔性空间机械臂系统的稳定及末端轨迹跟踪的精准,对其抗干扰控制方法进行研究.基于奇异摄动法,将柔性空间机械臂系统解耦为刚性与柔性子系统,将非匹配干扰转化为匹配干扰,以便在控制通道对其...     

机械臂系统在任务空间的脉冲跟踪控制

基于拉格朗日方程,在任务空间中研究机械臂系统的脉冲跟踪控制.在任务空间中,给定一个期望的时变轨道,设计脉冲控制器使得机械臂末端执行器能够跟踪到期望的轨道,并且将跟踪误差控制在期望的范围内.通过脉冲控制,机械臂只需在一些离散的时刻接收期望轨道的信息,这可以在很大程度上减少信息传输的负担.最后以任务空间中双连杆机械臂的跟踪...     

柔性机械臂末端位置的模型参考自适应控制

用线性化模型的最优状态反馈方法构造参考模型，用Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论推导了模太态跟踪的自然应控制率，用ＬＱＲ方法推导末端位置调节控制率，用模型状态跟踪和末端位置跟踪两级跟踪实现了一种单连杆柔性机械臂末端位置的自适应控制。仿真结果表明，该方法渐进稳定，定位准确。     

滑模变结构控制在柔性机械臂中的应用

本文采用假设模态法,对带有末端荷载的柔性机械臂,推导出考虑动力刚化影响的柔性机械臂有限统一致线性化动力学模型。通过极点配置技术设计滑模超曲面参数,采用滑模变结构控制方法,实现关节转角的运动轨迹控制。采用ＬＱＲ方法设计弹性模态器,抑制由于刚体运动而激发的弹性振动。文中最后针对一单杆柔性机械臂进行了计算机仿真,验证了本文所提出的控制策略的有效性。     

高集成度空间机械臂模块化关节的研制

采用大中心孔设计方法成功地研制了高集成度空间机械臂模块化关节.该关节具有多种传感器,包括位置传感器、力矩传感器、温度传感器等,它的所有电气系统都集成在关节内部,包括传感系统、驱动系统、控制系统和电源系统.采用中心孔走线方式实现了关节的内部走线,避免了空间环境对导线及其传输信号的影响.针对所设计的关节进行了必要的关节性能实验,结果表明该模块化关节具有高刚度、大负载特点,其关节的位置输出能精确跟踪期望的轨迹,位置精度非常高,达到了0.01°.     

机械臂系统任务空间同步的自适应间歇控制

针对由拉格朗日方程描述的参数不确定机械臂系统,提出了一种自适应间歇控制器使得机械臂系统在任务空间可以达到同步.即在任务空间中,对于给定的目标位置,机械臂末端执行器能够在间歇控制下到达目标位置.该控制器的设置与现有的大多数机械臂控制成果不同,控制器不用连续接收期望轨道信息而且考虑任务空间来取代关节空间,引入的推广的Bar...     

狭小空间下机械臂关节的二阶线性系统控制方法研究

针对当前控制方法的控制精度较低,不适于狭小空间的问题,提出一种新的机械臂关节的二阶线性系统控制方法。介绍了机械臂关节动力学方程,给出狭小空间下机械臂关节二阶线性系统结构,二阶线性系统的控制主要通过跟踪微分器、过渡阶段和扩张状态观测器实现。分析了时间尺度,针对可通过传递函数描述的机械臂关节系统,在通过二阶线性系统对其进行控制的过程中引入时间尺度,以降低计算复杂度。实验结果表明,采用所提方法对狭小空间下机械臂关节进行控制,响应速度快,无超调,且跟踪精度高。