基于扰动观测器的机械臂阻抗复合控制研究

针对机械臂系统模型中存在未知扰动的问题,提出了基于扰动观测器的机械臂阻抗复合控制方法.针对二阶阻抗动态模型,采用由扰动观测器(DOB)、阻抗控制器和位置控制器构成的复合控制策略,其中扰动观测器用来估计机械臂模型中的未知扰动,阻抗控制器用于修正输入角度,位置控制器对修正后的角度进行跟踪控制.复合控制保证阻抗误差可以收敛到一个小的邻域,最终实现期望二阶阻抗模型的动态跟踪.仿真算例验证了该控制方法的有效性.     

虚拟轴机床直线电机推力的新型补偿器研究

讨论滑块式6自由度虚拟轴机床直线电机的推力补偿问题．在对给定位置信号响应的过程中，机床的6轴之间存在机械强耦合．这种耦合力难以用精确的数学模型描述．如何解决耦合问题成为提高虚拟轴机床性能需要解决的重要问题之一．采用一种新型神经网络对每个单轴伺服系统电机的耦合扰动力进行实时在线的补偿，使伺服电机在任何位置对于被加工工件均能施以合适的加工力矩，从而提高了机床的加工精度．仿真试验结果表明，该方案有效地克服了虚拟轴机床各杆间的耦合扰动，系统不但具有强的鲁棒性，而且提高了其它性能指标．     

基于自适应模糊滑模的柔性机械臂控制

针对柔性关节机器人控制系统中存在的扰动力、摩擦力、参数变化以及建模误差等导致的控制器精度降低、鲁棒性差的问题,提出了1种基于自适应模糊滑模的鲁棒控制器.控制器由2部分组成,控制器的计算力矩和前馈补偿部分用于控制系统的标称部分,即机器人自身结构相关量、确定性扰动以及摩擦力的线性部分;控制器的自适应模糊滑模部分用于克服系统存在的不确定部分,包括外界不确定性扰动、摩擦力的非线性部分、参数变化以及建模误差等.最后在HIT四自由度柔性机械臂上进行了控制器的相关实验.实验结果表明该控制器具有良好的位置跟踪性能和较强的抗干扰能力.     

双直线电机动态同步进给鲁棒控制研究

针对双直线伺服系统的两个位置环间的动态同步进给控制问题，子系统的速度和位置控制器的设计采用具有较强鲁棒性和跟踪特性的积分-比例(IP)方法。并在分析双直线电动机同步进给伺服系统产生不同步现象原因的基础上，基于变结构控制理论设计了滑模同步控制器，以解决双位置环系统输出端机械耦合、电机参数变化和其它扰动等不确定性因素对同步精度的影响。仿真结果表明该控制方案具有很强的鲁棒性，在不对称负载的条件下能实现动态同步进给。     

永磁同步电机高阶滑模控制与扰动转矩估计

文章采用一种新型高阶滑模控制技术以及滑模微分器实现永磁同步电机位置跟踪控制和扰动转矩的在线估计.在分析电机的非线性模型后,由于系统输出耦合,利用输入输出反馈线性化进行解耦.设计了消除抖颤问题的高阶滑模控制器.扰动转矩的估计可以滑模变量及其各阶微分值得到,从而未知不确定因素转换为系统自身输入,减小了负载扰动对位置的影响,有效提高系统的性能.仿真实验的结果表明,多输入多输出的永磁同步电机扰动转矩得到了有效估计,系统位置跟踪的误差不超过0.12弧度,具有较好的动态性能.     

基于内模原理的直线永磁同步伺服电机H∞控制

在速度伺服系统中，为了保证对干扰有良好的动态抑制作用且无静态扰动误差，同时使系统具有鲁棒稳定性，针对直线伺服系统所具有两个扰动输入点和两个偏差输出点的特征，对扰动进行转化后采用输出点混合灵敏度的方法，并将内模原理与H∞控制理论相结合设计了H∞速度控制器．实际求解标准H∞问题时，在扰动通道内引入近似内模，以使问题简化且满足高性能的要求．为了充分抑制负载阻力扰动，设计了一个H∞负载扰动观测器，该观测器可以自动保证观测结构的鲁棒稳定性．     

自适应逆控制在电液伺服系统中的应用

以液压位置控制系统为研究对象,根据自适应逆控制理论,运用X—VSSLMS滤波算法构成参考模型为一的自适应逆控制器．完成了系统动态特征参数变化、外界扰动影响下等的大量仿真试验研究,结果表明,自适应逆控制器在系统参数变化、外界扰动的影响下,具有良好的自适应性和动态鲁棒性．     

基于输出反馈线性化的机械手随动控制

为机械手线性化和随动控制设计了一种滑动模态扰动观测器.在观测系统状态的同时,估计由系统的非线性和模型的不确定性和外来的干扰所造成的广义扰动.它使非线性、强耦合的机械手系统可以仅靠关节角反馈实现线性化和解耦,且控制器的设计不依赖于机械手的精确模型.二连杆机械手仿真研究表明,在机械手荷载大范围变化的场合下,该控制器的随动控制性能优于采用全状态反馈线性化的控制器.     

一类中立非线性系统的未知参数谐波扰动补偿

对于一类受到外部未知参数谐波信号干扰下的中立非线性不确定系统,提出了一种基于自适应前馈补偿的控制器设计方法。首先设计非线性观测器将未知扰动估计问题转换为参数辩识问题,并在前馈通道对扰动进行抵消,其次设计具有鲁棒性能的状态反馈控制器来抑制未建模动态,从而在外部扰动和模型参数不确定同时作用下,使系统具有较好的控制性能。对二关节机械臂的仿真证明该方法的有效性。     

考虑万向轮扭转角扰动轮式移动机器人轨迹跟踪

为了研究轮式移动机器人运动过程中万向轮扭转的扰动对其轨迹跟踪的影响,提出了一种考虑前端万向轮摩擦扰动及其质心与几何中心不重合的轨迹跟踪控制方法。首先,建立了考虑万向轮扭转角扰动的轮式移动机器人动力学模型;其次,根据位姿误差模型,采用反步法设计虚拟速度控制器收敛系统位姿误差;然后,结合扰动观测器对机器人行进过程中万向轮扭转所带来的摩擦扰动进行估计,构造出一种基于积分滑模思想的力矩控制器以保证速度追踪;最后,利用Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性和渐近收敛进行证明。仿真及实验结果表明,将万向轮摩擦所带来的扰动反馈给动力学控制器,可以减轻控制器的负载。与忽略万向轮扰动的控制方法相比,轮式移动机器人的位置误差最大值的均方根值降低了37.37%,提高了运动系统的稳定性。     

液压旋翼飞行机械臂系统建模与控制方法

在旋翼飞行机器人上加装机械臂而得到一种新的飞行机器人系统,扩展了旋翼飞行机器人的应用范围。本研究将小型液压机械臂系统应用到已有的旋翼飞行机器人上,通过分析无人机与机械臂的运动耦合,得到悬停模式下液压旋翼飞行机械臂系统的整体动力学模型;用LQR控制器控制机械臂完成平面内摆动动作;将机械臂运动对机器人本体的影响作为扰动进行考虑,并采用鲁棒控制器来稳定旋翼飞行机器人悬停时的位姿。通过仿真验证了本文所述模型结构与控制策略的有效性。     

广义扰动下升力反馈减摇鳍变结构控制器的设计

升力反馈减摇鳍是一种新型的减摇鳍，系统的减摇模型具有复杂的非线性。针对具有阻尼非线性和惯性非线性特性的升力反馈减摇鳍的减摇模型，将其中的非线性特性等等效为广义扰动，设计了一种简单的滑模变结构控制器-比例切换滑模控制器，在讨论了比例切换滑模控制的存在条件和比例切换滑模控制的可达性的基础上，进行了系统仿真研究。仿真结果显示该控制器对具有非线性阻尼力矩和非线性恢复力矩的船舶横摇运动具有很好的减摇效果和良好的快速性，一般变结构控制存在的抖动现象不明显。     

基于GA的磁悬浮球系统的Anti-windup变结构PI控制

磁悬浮球系统是一个开环不稳定的强非线性系统,而且其控制输入-驱动电流必须在限定范围内变化。为了使输出的位移达到期望的位置,本文采用Anti-windup变结构PI控制器,结合遗传算法优化P、I、的值,来使小球达到最理想的位置输出。实验结果表明,与常规PI控制器比较,Anti-windup变结构PI控制可以更快速稳定的跟踪期望位置,振荡幅度明显减少。     

一种机电位置伺服系统的抑扰控制策略及其实现

针对某型电机试验设备的三坐标自动定位安装系统存在较严重扰动的问题,探讨了相应的抑扰控制方法。首先建立了内扰因素复杂且重力荷载外扰显著的Z轴升降系统的动力学模型,在此基础上构建了一个交流伺服驱动的全闭环机电位置伺服系统,以初步达到消除系统各种环内扰动影响的目的。为了进一步提高系统的抗扰能力,在全闭环控制系统的位置外环控制器中引入先进的自抗扰控制器（ADRC）算法。基于该全闭环位置伺服系统进行Matlab/Simulink仿真实验,对位置环采用ADRC调节与PID调节的抗扰效果进行了比对分析,结果显示在恒定负载外扰下的位置跟踪性能及电气阻抗内扰下的位置保持性能ADRC控制优于PID控制。最后在试验设备上完成了相应的测试实验,对仿真结果作出了进一步的验证。     

基于阻力估计器的直线伺服系统滑模控制

针对直接驱动的永磁直线同步电动机（PMLSM）伺服系统的端部效应引起的推力波动问题，设计一种带有阻力估计器的滑模变结构速度控制器，滑模控制对扰动和系统参数变化具有很强的鲁棒性，但是却存在抖振现象，影响伺服系统的稳态性能，为了削弱滑模控制的抖振，设计一个阻力扰动估计器对阻力扰动（包括直线电机特有的端部效应产生的推力波动）进行估计和补偿。仿真结果表明，该方案对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性，同时提高了系统的稳态精度。     

非线性系统全状态线性化内模扰动抑制

运用全状态线性化方法对在外部扰动持续作用下的非线性系统设计了扰动抑制控制器,利用非线性控制项消除开环系统的非线性因素。根据内模原理构造与扰动动态特性相同的内模补偿器,再利用Pontryagin极小值原理对增广系统设计最优调节器,得到非线性的内模扰动抑制控制器,其中的内模补偿控制项抵消了扰动对系统的影响。仿真中使用非线性内模扰动抑制控制器与非线性前馈反馈扰动抑制控制器进行比较,结果证明前者能够消除非线性因素影响且实现无静差扰动抑制。     

H型精密运动平台交叉耦合模糊PID同步控制

针对双直线电机驱动的H型精密运动平台由于永磁直线同步电机参数变化和扰动等不确定因素致使两边的运动不同步问题,提出一种交叉耦合模糊PID控制方法.在单轴中采用模糊PID控制作为位置控制器,速度控制器用普通的PI控制,以保证单轴跟踪精度;双轴间引入交叉耦合控制方法,消除双电机之间存在的机械耦合,进而减小了双轴间的位置同步误差.结果表明,将交叉耦合与模糊PID相结合的控制方法能够使H型精密运动平台的同步误差收敛于零,并且使系统具有较好的跟踪性能与鲁棒性.     

基于干扰观测器的感应直线伺服电机的解耦控制

感应直线电机具有结构简单，坚固耐用，适应性强，成本低，因而获得在各个领域的广泛应用．但由于感应直线电机是一个非线性、多变量、强耦合的复杂对象，要实现高性能的控制效果，必须对其进行解耦，应用多变量非线性的逆系统理论，通过状态反馈进行动态解耦控制，从而将感应直线电机分解为转速和转子磁链独立的子系统，然后应用线性系统理论进行控制器的设计．为了抑制扰动，采用干扰观测器进行扰动补偿．仿真结果表明，这种控制方案有较好的动态和静态特性及抗扰性．     

直线电机的基于模型扰动抑制设计

针对高精度，微进给永 线交流同步电机驱动系统，采用基于模型的扰动抑制方法，对诸如摩擦力，切削力，负载变动之类的扰动进行抑制，同时针对速度环设计了积分－比例（IP）控制器，以满足系统快速跟踪指令的要求，并具有较强的抗扰动能力，仿真结果表明，该控制方法响应速度快，抗干扰能力强，且能有效地提高加工精度。     

平流层卫星的建模与控制系统设计

为减小控制力在传递过程中的偏差与时滞对轨迹控制精度的影响,对平流层卫星控制系统进行设计．针对系统构成建立了轨迹控制器和气球系统的经向运行模型,基于滑模变结构控制方法,根据气球南北方向的实际指令位置和指令位置的偏差,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,设计出轨迹控制器的控制系统．仿真结果表明,采用该方法的轨迹控制器,可以有效克服系绳带来扰动和时滞的影响,完成平流层卫星的东西方向运动控制,控制误差约80 m．