双三角钻臂的定位控制及仿真

推导双三角机械臂的关节变量到支臂油缸长度计算的增量公式，运用该式提出一种新的钻臂定位的控制系统结构，即直接以关节变量（而不是油缸长度）为目标的闭环控制系统。在MATLAB环境下对以上算式及控制系统结构进行仿真验证。先在ADAMS中建立双三角臂的动力学模型，然后将该模型导出成为MATLAB．m计算模型，最后在MATLAB中实现钻臂定位的闭环控制系统仿真。针对某实际钻臂的仿真结果表明，增量算式尽管是在微变情况下推导的，在偏差较大的范围内应用时其计算误差对定位过程影响不大，体现在钻臂轨迹于隧道断面的投影不是直线，同时不会影响最终的控制精度，可以用于实际控制。     

五自由度机械臂的运动学分析及时滞控制

针对五自由度刚性机械臂的操作系统,设计了一种简单的运动学解算方法.在电机的控制系统中,考虑了控制时滞对系统稳定性的影响,可以提高控制系统的性能;采用低通滤波器时间连续法(LPCTA)将时滞微分方程转换为不显含时滞的微分方程,从而简化了运算;采用最优控制方法进行了控制器设计.实验结果表明:文中提出的运动学解算方法运算量小、准确,适用于机械臂的实时控制应用;所设计的五自由度机械臂的时滞控制系统能够实现机械臂轨迹的跟踪.     

基于BackSteping算法的工业机械臂快速精确跟踪控制器设计

针对建模和测量的不精确性,外界干扰和状态变量的强耦合等因素对机械臂轨迹跟踪的影响,设计了基于反演控制算法的轨迹跟踪控制器.数值仿真结果表明,该控制器可使机械臂各关节的轨迹跟踪误差较小,能实现控制系统较好的鲁棒性,因此较适应于实际应用.     

采用混合算法优化神经网络滑模控制的机器人跟踪误差

为了避免机器人关节角位移受外界影响,提高运动轨迹的跟踪精度,采用混合算法优化神经网络滑模控制器,并对优化后的控制器进行仿真验证.建立机器人平面简图模型,利用拉格朗日定理推导出机器人关节运动方程式,采用神经网络算法构建RBF神经网络自适应滑模控制系统.为了增强控制系统的稳定性,削弱外界波形对机器人运动轨迹的干扰,利用粒子群算法和差分进化算法在线优化RBF神经网络滑模控制律参数,设计了改进RBF神经网络滑模可调参数的自适应控制律,保证机器人控制系统的稳定性.通过MATLAB软件进行仿真实验,并且与优化前机器人关节角位移输出误差形成对比.仿真结果显示：随着干扰波形幅度的增大,采用神经网络滑模控制器,机器人关节输出角位移误差逐渐增大,系统不稳定,而采用混合算法优化神经网络滑模控制器,系统反应速度较快,机器人关节输出角位移误差较小.机器人采用混合算法优化神经网络控制器,能够提高控制系统的抗干扰能力,稳定性较好、输出精度较高.     

双三角钻臂直接定位自适应预测控制

针对复杂非线性系统控制中闭环预测存在的缺陷,提出了一种适合于一般非线性系统的非齐次时变线性模型,给出并证明了其存在性定理,推出了基于该类模型的自适应预测控制算法;引入直角坐标系和斜角坐标系来描述双三角钻臂的结构和运动特性,通过坐标变换,根据给定的钻臂目标运行轨迹对各液压缸的运行速度作出决策,采用自适应预测控制策略控制其运行速度;在原有双臂凿岩台车的基础上研制了一套完整的凿岩台车两级计算机控制系统,应用上述方法实现了双三角钻臂轨迹跟踪直接定位控制.     

双三角钻臂及其液压系统的建模与参数估计

双三角钻臂具有结构紧凑、运行平稳、凿岩无盲区等优点,被凿岩机器人所采用.为了控制钻臂,对轨迹进行跟踪和精确定位,要求建立钻臂及其液压系统的数学模型.然而,该系统十分复杂,具有非线性和快时变的特点,要建立其精确的模型很困难,也没有必要.作者从液压系统的流量方程、连续性方程和力平衡方程入手,对双三角钻臂及其液压驱动系统机理建模.在建模过程中,忽略一些对模型精度影响不大的次要因素,获得了系统的简化模型.通过对钻臂的结构和受力进行分析,导出了模型中的参数、液压缸负载力的估算公式和估算方法,为实现钻臂的轨迹跟踪和精确定位控制打下了基础.     

多臂凿岩机器人的碰撞检测方法研究

针对多臂凿岩机器人在隧道工作中易发生碰撞事故的问题,提出了一种多臂凿岩机器人的碰撞检测算法.该算法通过对机器人各机械臂间、钻臂与隧道间的实时距离进行计算和碰撞判别,实现凿岩机器人的碰撞检测.以空间圆柱体包络盒作为凿岩机器人各机械臂的碰撞检测模型,将凿岩机器人各机械臂间的碰撞检测问题转化为空间圆柱体包络盒距离求解问题,提出了一种空间两圆柱体碰撞判别方法.将钻臂与隧道轮廓的碰撞问题转化为钻臂在隧道壁面的投影矩形与隧道壁面的干涉问题,提出了一种钻臂与隧道轮廓的碰撞判别方法.最后在MATLAB软件和实际多臂凿岩机器人上进行实验,实验结果表明:该算法能实时检测凿岩机器人各机械臂间、钻臂和隧道间的碰撞情况,在钻臂进入非安全范围时及时给出碰撞信号,使系统及时预警从而避免碰撞干涉事故的发生.     

基于CAN现场总线仿人机器人机械臂分布式控制的研究与设计

基于仿人机器人机械臂的高度实时性和极强的抗干扰性的特点,设计出了基于CAN现场总线仿人机器人机械臂分布式控制系统,利用C8051F041微控制器作为关节分布式控制器,并设计增量码盘和速度检测电路以及相应的软件等,完成了仿人机器人机械臂6个自由度的设计,对机械臂运动轨迹的控制达到了可靠性、实时性和稳定性的要求.     

短时延网络控制系统的状态反馈控制器设计

研究了短时延网络在网络时延、丢包和数据包时序错乱的网络环境下,网络控制系统(NCSs)的建模、稳定性分析、状态反馈增益设计以及控制器参数优化等问题.在稳定性分析中,获得了系统的稳定性充分条件.采用锥互补线性化(CCL)算法求解了镇定控制器的状态反馈增益值.将状态反馈控制器的设计问题转化为具有稳定域约束的优化问题,然后利用分布估计算法(EDA)求出其最优解,最终得到了系统控制参数的优化值.仿真结果表明,所提出的NCSs控制器设计方法可以有效保证控制系统的性能,经过优化后,控制性能得到明显改善.     

PID神经网络混沌优化及其在机械臂轨迹跟踪控制中的应用

针对BP优化PID神经网络（BP-PDNN）易陷入局部极小的不足,提出了一种变尺度混沌优化PID神经网络设计方法,即MSCOA-PIDNN,将其应用于机械臂轨迹跟踪控制中.利用混沌运动的遍历性优化网络权值,通过压缩优化变量取值区间提高搜索效率.采用MSCOA-PIDNN建立机械臂系统的预测模型,以多步预测性能指标为目标函数,优化PID神经网络控制器,从而实现机械臂系统轨迹跟踪的有效控制.仿真结果表明,MSCOA-PIDNN在机械臂轨迹跟踪控制中性能优于BP-PIDNN.     

悬臂式掘进机工作机构功率模糊调速系统的研究

根据悬臂式掘进机的工作特点及被切割的煤岩特性而设计的一种模糊控制器,实现了悬臂式掘进机工作机构进给速度的模糊控制。其数字仿真结果表明,控制效果良好,有一定的实际参考价值．     

自动送钻实验系统的优化加权模糊控制

针对自动送钻实验系统 ,设计了一种带优化加权因子的模糊控制器 ,以 ITAE积分性能指标为寻优目标函数 ,通过对误差和误差变化的加权因子的优化来获得系统的最佳模糊控制规则 ,并将其控制效果与一般模糊控制器的效果进行了仿真比较 .结果表明 ,一般模糊控制器作用于自动送钻实验系统时 ,由于超调量太大 ,系统难以正常工作 ;带优化加权因子的模糊控制器可使系统的超调量降到 4% ,调节时间为 1 7s,稳态误差小于 0 .1 % ,其他性能指标均满足要求 ,大大改善了系统的动态性能     

智能火力/飞行综合控制系统研究

本文设计了基于遗传算法和模糊逻辑控制的智能火力/飞行综合控制系统(IFFC),设计了采用论域自调整的模糊控制器,给出了控制器输入输出的隶属函数,设计了相应的规则库.并在此基础上进一步利用遗传算法对模糊控制器进行优化设计,给出了遗传算法各个参数的选择原则.仿真结果表明,基于遗传算法和模糊逻辑的智能火力/飞行综合控制系统具有良好的控制效果,在综合火力/飞行控制系统的设计中颇有应用潜力和前景.     

区间Ⅱ型变论域自适应模糊逻辑控制器

在变论域自适应模糊控制方法的基础上,结合Ⅱ型模糊集较强的鲁棒性和处理不确定性问题的能力,设计了一种区间Ⅱ型变论域自适应模糊逻辑控制器.为了使控制器保持在最优状态,采用粒子群优化算法来优化隶属度函数;然后由Lyapunov方法证明了区间Ⅱ型变论域自适应模糊逻辑控制器的稳定性.对Duffing系统和1维6卷混沌系统的仿真表明,区间Ⅱ型变论域自适应模糊逻辑控制器可以很好地跟踪参考信号,较之变论域模糊逻辑控制器,其可以有效地防止抖震且控制量较小.     

基于遗传算法的自适应分级模糊控制系统

针对多输入多输出的非线性系统,设计了一个基于遗传算法的自适应分级模糊控制器一用分级控制实现了多输入多输出系统的降维,用遗传算法对各级模糊控制器的参数进行在线优化,实现了控制器参数的自调整、在Matlab环境下实现了该系统的编程,并以风力太阳能混合发电的能量管理系统为例,与常规分级模糊控制器进行了仿真比较,仿真结果表明,采用遗传算法进行参数寻优具有更好的稳定性,对多输入多输出非线性系统具有很好的控制效果     

基于遗传算法优化的双回路模糊控制倒立摆系统

通过遗传算法、模糊控制、PID的结合,对直线一级倒立摆的平衡控制问题进行了优化控制。首先用牛顿-欧拉法建立倒立摆的动力学模型,得出系统的传递函数和状态空间表达式,分析系统的稳定性和可控性。以此为基础,先设计了PID单回路和双回路控制器;然后用遗传算法优化PID参数;再用优化的参数设计双回路模糊PID控制器;并用MATLAB对系统进行了仿真。纵向和横向控制方法的对比分析表明:该方案控制效果最好,能同时控制角度和位移;其参数可在最优PID初值的基础上在线修改,实现最佳调整,使对象具有良好的静态和动态性能。     

开卷张力模糊控制器的局部遗传优化研究

基于模糊技术的开卷张力控制系统中，张力模糊控制器的设计往往依赖于专家的先验知识，为提高张力控制水平，控制器应按动态性能指标进行优化，其中隶属度函数的优化是控制器化的核心问题之一，本文运用基于经验学习的遗传优化技术，对开卷张力模糊控制器隶属度函数的局部动态优化问题，作了一些尝试性的研究。     

一级倒立摆的分层模糊控制

本文设计了两个模糊控制器即位置模糊控制器和角度模糊控制器,用这两个模糊控制器进行分层控制,并把位置模糊控制器控制输出作为一个虚拟角度乘以一个系数与摆杆的实际角度叠加形成一个广义角,以这个广义角和摆杆的角速度作为输入量输入给角度模糊控制器对摆杆的角度进行控制;通过matlab的Simulikn实现了倒立摆模糊控制系统的仿真,仿真结果证明：模糊控制器不仅可以稳定倒立摆系统,还可以使小车定位在特定位置。     

神经网络模糊控制器单片机实现

为了实现工业控制过程的智能化,引入智能控制算法,在改善算法与软件仿真基础上,采用单片机控制技术,将模糊控制的规则集存储在神经连接权上,存入单片机的ＲＯＭ中,经过神经网络前向计算就可提取模糊规则,实现神经网络模糊控制器用于实际对象实时控制,详细给出模糊神经控制器的单片机实现方法和设计过程,实验结果表明,它是一性能优良实时控制器。     

带Smith预估器的模糊PID组织温度控制系统

针对激光热疗法中组织温度模型的纯滞后和大惯性,提出一种新颖的带Smith预估器的模糊PID控制系统.模糊PID控制器是由一个简单的模糊PI控制器和一个简单的模糊PD控制器并行结合而成.模糊PID控制器的增益通过解析推导与线性PID控制器的增益相联系.设计好的线性PID控制器的增益可用于在线设计模糊PID控制器.计算机仿真结果表明模糊控制系统在组织温度控制中比对应的线性PID控制系统鲁棒.