鱼雷形水下机器人非线性航迹跟踪控制 

研究了欠驱动自主式水下机器人路径跟踪问题.在Serret Frenet移动坐标系下,基于虚拟目标机器人建立了路径跟踪误差动力学方程.在此基础上,结合水下机器人动力学方程,设计了基于Lyapunov稳定性理论和反步法技术的控制器.仿真结果表明,提出的非线性反馈控制律能够保证路径跟踪误差快速收敛到零,使机器人沿着参考路径航行.     

带拖车的轮式移动机器人系统的建模与仿真

带拖车的轮式移动机器人系统是一种典型的非完整、欠驱动系统。本文建立了带多个拖车的移动机器人系统的运动学模型，对系统的运动特性进行了分析，并在此基础上对系统的运动进行了数值仿真和图形仿真、验证了理论分析的正确性。     

欠驱动刚体航天器姿态稳定的时变控制方法

研究欠驱动刚体航天器姿态控制系统的稳定性问题。首先给出欠驱动刚体航天器的姿态动力学方程和用(w,z)参数描述的姿态运动学方程,根据所建系统模型的特点,设计相应的连续时变控制律,在控制律的设计中引入辅助变量v、v1和v2,利用平均方法对系统模型方程进行简化,基于退步控制设计v、v1和v2的控制律,利用两个轴角速度与失控轴角速度的交叉耦合关系对失控轴的姿态进行控制。数值仿真验证了所设计控制律的有效性。     

基于能量耦合的船舶起重机消摆控制

为了解决船舶起重机在外部海浪干扰下负载摆动幅度大、小车定位精度不高、抗干扰能力差的问题,通过非线性能量耦合方法,应用欧拉-拉格朗日方程对带有船舶横摇以及船低沉降的船舶起重机进行动力学建模,然后构造了一种复合型误差信号来增强小车运动特性以及船舶载荷摆动的耦合关系并将动力学模型转化.在此基础上设计控制器,并进行了基于李雅普诺夫(Lyapunov)方法的稳定性证明和仿真模拟实验.验证了该方法在复杂情况下的可行性,实现船舶起重器系统在平衡点的渐进稳定性.可见所提的控制方法具有良好的控制性能、适应性和鲁棒性.对于运输过程中摆角抑制、系统定位和效率提高具有良好的效果.     

欠驱动VTOL飞行器的位置反馈动态面控制

针对非最小相位欠驱动垂直起降飞行器系统,提出一种位置反馈动态面控制算法。首先设计高增益观测器,估计系统未知状态;然后采用动态面控制方法避免Backstepping设计存在的“微分爆炸”现象,同时简化控制律设计过程;最后采用Lyapunov直接法证明闭环系统所有信号一致有界,且跟踪误差通过调节控制器参数可以达到任意小。理论分析和仿真表明,所提方法能减轻计算负担,降低对系统状态的测量要求,实现飞行器位置准确跟踪,并对非线性建模的参数不确定性具有鲁棒性。     

Development of an underactuated prosthetic hand with the step motor

0IntroductionThe design condition of electromyography(EMG)prosthetic handis different fromthe industrial robot handmainlyinits decorative nature,weightlimit andfunction.Generally commercial prosthetic hands are basically sim-ple grippers having one or two DOF(degree of freedom),which cannot meet the needs of the users[1].In thisstudy,we developed a multi-fingered anthropomorphicrobot handfor the EMGprosthetic handto realize activityof dailyliving[2].Based on underactuated mechanism[3],andt…     

基于卡尔曼滤波的迭代学习控制方法研究

针对一类非线性欠驱动机械系统在干扰环境下动态性能变差的问题,提出了一种基于卡尔曼滤波器的遗忘因子型迭代学习控制律,以实现闭环系统的稳定控制和干扰抑制。首先,将卡尔曼滤波器作为系统的状态观测器,在含有随机噪声干扰的情况下,估计系统的最优状态;其次,通过设置自适应遗忘因子来动态适应迭代学习过程中的误差变化,使系统快速收敛并准确跟踪参考轨迹,实现运动过程中重复干扰信号的抑制;最后,以Quanser公司生产的柔性尺为实验平台来研究非线性欠驱动被控对象实际系统的控制方法,并对所提方法分别进行理论数值仿真与实物实验验证。仿真及实物实验结果表明,本文提出的控制方法可以保证被控系统稳定运行,当环境中存在随机非重复性噪声或重复性干扰时,被控系统都可以保持良好的鲁棒性。     

基于路径跟踪的欠驱动 UUV 编队协调控制

研究了空间曲线路径跟踪下多无人水下航行器（UUV）的编队协调控制问题．将此类控制问题分解为2个控制子问题：a．路径跟踪控制问题;b．协调编队控制问题．在单个UUV的路径跟踪控制中利用反步法设计路径跟踪控制器;通过引入代数图论知识,得到多个UUV复杂网络通信拓扑的数学表达,根据通信得到相邻UUV的状态来调整自身的航速,设计协调控制器,使得多UUV沿期望路径的位置和速度在规定队形下达到一致,实现多UUV间的协调,而不影响空间域上的路径跟踪性能．理论分析和仿真结果证实了控制器的有效性．     

脚掌转动对腿型机器人起跳影响的研究

针对目前大多数带脚掌腿型跳跃机器人研究中未考虑脚掌围绕脚尖转动即脚掌欠驱动的现象,制作了一款带脚掌的腿型机器人,对脚掌转动与不转动2种情况进行对比研究。建立了机器人在2种情况下起跳时的动力学方程,研究了2种情况下的起跳约束。以电机能耗最小为优化目标,对2种情况起跳进行优化。使用实际模型数据分析,用MATLAB仿真了2种情况下在起跳时的时序图、总质心时序图、力矩曲线以及能耗值。仿真和实验结果表明,带脚掌的腿型机器人起跳时脚掌转动比脚掌不转动消耗的能量少,而且起跳角度范围也更宽。     

基于循环追踪的船舶圆形编队控制

针对欠驱动船舶之间的协同合作问题,对船舶的圆形编队控制进行了研究.采用坐标变换,得到新的船舶圆形编队控制的运动学模型.基于这种模型,运用循环追踪控制策略,得到船舶圆形编队的虚拟控制输入量.由于采用循环追踪控制,故每艘船只需了解所追踪的前一艘船的信息,而不需要知道其他船舶的信息就可以得到期望的整体队形要求,因此是所需通信数较少的方法之一.考虑船舶欠驱动的特点,将虚拟输入量与反步控制算法相结合,得到船舶圆形编队的实际控制输入.最后通过数值仿真,验证了该编队控制策略的有效性,实现了预期的编队控制目标.