仿人型机器人手的力矩保持功能及控制系统

针对仿人型机器人手的力矩保持问题,利用混合式步进电机的自锁特性,设计了具有力矩保持功能的手指驱动器,使手指抓取物体时保持抓取力不减小,同时电机不消耗电流.采用非线性跟踪微分器对位置信号滤波得到速度信号,设计了位置控制器和阻抗力矩控制器.实验结果证明,基于步进电机的自锁机构具有体积小,噪音低的优越性,阻抗控制器的力矩控制结果较好.     

未知环境下机器人模糊滑模阻抗控制

针对未知环境下的机器人系统,提出一种模糊滑模阻抗控制器,在自由空间可以做未受约束运动,具有位置跟踪的能力,在面对接触空间做受约束运动时,则具有力跟踪的能力。传统的阻抗控制会因为机器人或环境的不确定性和干扰而缺乏鲁棒性,该文在阻抗控制器中引入滑模控制,模糊控制器用来克服滑模控制的抖振问题。仿真结果表明模糊滑模阻抗控制对机器人自由空间的位置跟踪和接触空间的力跟踪都有很好的性能。     

电动式位置扰动型力矩伺服系统的单神经元自适应PID控制

在位置扰动型力矩伺服系统中,由于受力对象的运动给系统带来很大的位置干扰,给系统的校正和优化带来了困难,位置扰动型力矩伺服系统设计的主要任务就是消除它的多余力矩。本文建立了电动式位置扰动型力矩伺服系统的数学模型,并提出了一种新的控制方法：采用单神经元自适应PID控制来抑制多余力矩和提高系统的控制性能。仿真结果表明这种控制方法有效地抑制了多余力矩的干扰,提高了系统的鲁棒性和跟踪性能。     

仿人灵巧手关节的位置/力矩控制

为了使仿人灵巧手完成各种精细作业,提出了一种新的关节位置／力矩控制方法。在自由空间和约束空间中分别采用滑模位置控制和具有前馈的PD力矩控制,在过渡过程中使用系统观测器切换控制模式。这种方法可以使关节在自由空间和约束空间中分别实现良好的轨迹跟踪和力矩跟踪,在过渡过程中实现控制模式的可靠切换和系统的稳定过渡。实验证明了该方法的有效性。     

基于扰动观测和补偿的PMSM伺服系统位置跟踪控制

针对存在参数摄动和外部扰动力矩的PMSM伺服系统位置跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测和补偿的滑模控制方法。采用扰动观测器估计系统参数摄动以及负载力矩,并在此基础上对等效扰动进行补偿,减小了模型不确定性对系统控制性能影响,系统的位置跟踪误差由0.85 rad减小到0.35 rad;在保证系统稳定性的前提下,去除了常规滑模控制中的不连续控制项,有效地减小了抖振。实验结果表明,与工程上常用的PID算法相比,基于扰动观测和补偿的滑模控制算法不仅能够显著提高PMSM伺服系统的位置跟踪精度,而且能有效地削弱抖振。     

雷达伺服系统耦合力矩对跟踪精度影响分析

针对载机机动运动导致雷达伺服机构中存在复杂的耦合扰动力矩,无法实现伺服控制中扰动力矩精确补偿的问题,展开雷达伺服系统耦合力矩的建模和影响分析。采用矢量叠加原理推导两维机构的运动学方程和惯量耦合方程,建立方位和俯仰两轴的动力学耦合力矩模型,并通过仿真分析载机机动和不机动情况下,载机平台对两维框架的动力学耦合力矩和位置跟踪误差的影响。仿真结果表明,载机不机动时两维框架间的耦合力矩较小,跟踪误差较小;当载机机动时两维框架间耦合力矩增大,且耦合力矩表现为时变的正弦特性,此时跟踪误差增大且表现为时变和不规则的特点。动力学耦合力矩模型的建立为机载雷达伺服控制系统的设计提供了理论依据。     

机器人灵巧手柔性关节自适应阻抗控制

针对具有柔性关节的HIT/DLR Ⅱ五指仿人机器人灵巧手,研究了基于关节力矩反馈和非线性补偿的关节空间和笛卡尔空间阻抗控制。通过建立柔性关节机器人灵巧手的控制模型,在HIT/DLR Ⅱ型灵巧手上实现基于无源性控制的柔性关节机器人阻抗控制策略。针对非线性摩擦力和重力对灵巧手阻抗控制的影响,基于扩展卡尔曼滤波器提出了自适应摩擦力观测器,实现了具有摩擦力补偿和基于最小二乘法优化重力补偿的机器人灵巧手自适应阻抗控制。实验结果表明,在具有谐波减速器等柔性环节的机器人灵巧手中,所提出的自适应阻抗控制器提高了位置控制的精确度,并获得了稳定的抓取力。     

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

自由曲面打磨机器人非奇异终端滑模阻抗控制

针对传统控制方法难以实现对复杂曲面高精度打磨问题,在笛卡尔坐标系下设计了基于非奇异终端滑模的复杂曲面打磨机器人阻抗控制方法。该方法首先根据系统的阻抗模型参数,将设定的打磨轨迹转化为机器人末端可执行的阻抗轨迹,然后设计了基于非奇异终端滑模的控制方法对该阻抗轨迹进行跟踪。对于滑模控制的抖振问题,采用指数趋近律对其进行削弱。基于Lyapunov理论对系统的稳定性进行了证明,仿真和缸体打磨实验结果显示,该方法能够在有限的时间内达到收敛状态且避免了控制奇异的现象,提高了控制系统的鲁棒性和精度。     

基于反步法的异步电机位置控制器的设计

基于静止d-q坐标系下的数学模型,利用非线性反步法设计了异步电机的全状态位置跟踪控制器,通过磁链和转矩的跟踪来达到位置跟踪.在Matlab/Simulink中搭建异步电机位置控制系统的仿真模型.仿真结果表明:用反步法设计的异步电机控制系统能获得较好的位置跟踪控制性能,为异步电机控制系统的设计提供了新思路.     

双绳驱动空中机械臂协同搬运控制研究

为解决双绳驱动空中机械臂协同搬运时的接触控制问题,提出了一种基于非奇异快速终端滑模的阻抗控制策略。首先,考虑绳驱动机制的柔性效应,建立计及关节柔性的双机协同系统动力学模型,并推导出任务空间内的阻抗方程。然后,设计协同阻抗控制策略,借助非奇异快速终端滑模面来加快系统状态量的收敛速度,利用幂次函数削弱输出力矩抖振效应。同时,在Lyapunov框架下分析了所设计控制器的稳定性。最后,通过控制器性能比较仿真和协同搬运仿真对所提控制策略的有效性进行了验证。结果表明,所提控制器响应速度快、控制精度高及稳定性好,能够有效抑制系统抖振。     

基于模糊逻辑细分矢量的感应电动机DTC控制

提出了一种基于模糊逻辑细分矢量的感应电动机DTC控制方案.该方案以减小转矩脉动和改善DTC系统转矩与磁链控制性能为目标,将定子磁链误差、转矩误差和磁链角度进行细分,引入模糊逻辑思想进行合理的模糊分级,再结合细分的十二空间电压矢量建立模糊开关选择表,以利于选择最优空间电压矢量,改善磁链、转矩的平稳性及转矩脉动.仿真和实验研究结果表明,模糊逻辑十二空间电压矢量的DTC控制比传统DTC系统转矩与磁链控制性能更优越.     

基于预前控制异步电机直接转矩控制方案的研究

在传统异步电动机直接转矩控制方案中,由于负载的变化规律不可预测,因此其常会带来功率器件开关频率的较大变化,为此提出了一种基于预前控制的异步电动机直接转矩控制方法。该方法依据前一个周期的磁链和转矩误差,对下一个开关周期所应施加到异步电动机的定子电压矢量进行预测,然后借助空间矢量PWM的方法,合成此开关电压矢量。样机实验结果表明,该方案不但能维持逆变器的开关频率基本恒定,而且还具有比传统直接转矩控制更为优良的动静态特性。     

基于超扭曲算法的永磁同步电机直接转矩控制

针对以电压源逆变器(VSI)馈电的永磁同步电机(PMSM)驱动系统,提出一种基于超扭曲算法的直接转矩控制。该控制策略结合滑模控制、直接转矩控制和空间矢量调制的原理,克服了PI型控制的空间矢量调制-直接转矩控制(DTC-SVM)鲁棒性差与传统滑模控制的DTC-SVM存在抖振的缺点,从而获得良好的稳态与动态性能,同时保证逆变器开关频率近似恒定。实验结果表明,所提方法不仅可以有效减小磁链和转矩脉动,还对系统参数变化具有较强的鲁棒性能。     

电压空间矢量调制技术在模糊直接转矩控制中的应用

文章将电压空间矢量调制技术运用在交流异步电动机模糊直接转矩控制系统中 ,从而降低了全数字模糊直接转矩控制系统的转矩脉动和磁链脉动 ,使控制系统既有较高的响应速度和较强的鲁棒性 ,同时也有较高的速度控制精度。最后用仿真实验证实该方法在模糊直接转矩控制系统中的有效性     

基于DTC-SVM的地铁并联牵引电机控制策略研究

在地铁同一转向架下单逆变器控制两并联异步电机的结构中,轮径差或电机参数不同等因素会导致电机间转矩差和转矩脉动较大。针对这一问题,建立了地铁同一转向架下双异步电机并联时速度耦合的负载模型,采用基于空间矢量调制(SVM)的直接转矩控制(DTC)策略,引入实时计算的加权系数,使DTC权重偏向于转矩较小的电机。该控制方案具有转矩波动更小、逆变器开关频率恒定和电机间的转矩差较小的特点。仿真结果表明,相对于平均DTC,所提出的加权DTC方法有效减小了电机转矩差和降低了转矩脉动。     

考虑转矩失衡的定子Crowbar双馈风电机组的低电压穿越技术研究

针对故障期间定子Crowbar阻抗计算仅考虑抑制转子侧过电流而忽略风机转速加速问题,提出了一种考虑转矩失衡的定子Crowbar双馈风电机组低电压穿越技术。电网发生故障时,考虑系统间存在不平衡转矩,求解了使风电系统稳定的临界定子Crowbar电路阻抗并结合定子电流跟踪控制策略间接控制风电机组输出功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、超速风险及稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率及故障后较快的有功功率恢复速度。     

Improved Torque and Flux Performance of Type-2 Fuzzy-based Direct Torque Control Induction Motor Using Space Vector Pulse-width Modulation

The conventional proportional integral controlled direct torque control of an induction motor using the space vector pulse-width modulation technique may provide satisfactory dynamic response. However, the proportional integral controller (PIC) does not provide efficient dynamic performance in the induction motor drive during sudden changes in the load or speed. To improve dynamic performance of the induction motor drive, the PICs are replaced by type-2 fuzzy logic control. The type-2 fuzzy improves the starting transient performance as well as the steady-state response. In addition, the type-2 fuzzy direct torque control provides lesser current total harmonic distortion, flux distortion, and torque pulsation of the induction motor drive compared to conventional direct torque control. A MATLAB Simulink (The MathWorks, Natick, Massachusetts, USA) model for direct torque control with type-2 fuzzy logic control is developed to simulate the response of an induction motor drive with different operating conditions. The space vector pulse-width modulation technique is used to drive the inverter, as it produces lesser total harmonic distortion in inverter current and voltage waveforms for a given switching transition due to the single switching frequency for the movement of each state vector. A prototype type-2 fuzzy-based direct torque control induction motor with space vector pulse-width modulation is developed to validate the simulated response. The control signals for the inverter are generated by the DSPACE DS1104 (DSPACE GmbH, Germany) to drive a two-HP induction machine.