机械臂协调操作柔性负载鲁棒神经网络控制

针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振动的快变子系统.基于反演思想在慢变子系统中设计鲁棒神经网络控制策略,实现系统轨迹跟踪性能;针对快变子系统,设计鲁棒最优控制策略抑制系统的弹性振动.仿真研究结果表明,该控制策略增强了系统的跟踪性能和鲁棒性.     

双连杆柔性臂自适应模糊滑模控制

为使控制系统在负载和杆长变化时仍能快速、准确地跟踪期望轨迹,基于奇异摄动模型将双连杆柔性臂系统分解为慢变、快变2个子系统,提出了一种慢变子系统采用自适应模糊滑模控制、快变子系统采用最优控制的混合控制方法。其中自适应算法在线估计未知参数,模糊控制用来抑制由滑模控制引起的振动。仿真结果表明,该方法不仅能实现柔性臂轨迹的快速、准确跟踪,而且能有效地抑制弹性振动,并且对系统参数的变化具有较强的鲁棒性。该方法的特点是对系统中各个等效的摄动参数分别进行自适应估计和补偿,因而控制算法简单,易于工程实现。     

单柔性臂的滑模控制与主动控制比较研究

本文以单柔性机械臂为例,研究了基于奇异摄动理论的滑模控制,以及基于ACLD结构的主动控制问题.首先通过双时标变换,将系统分解为慢变子系统和快变子系统.针对慢变子系统,设计滑模控制器,以实现系统良好的轨迹跟踪性能,针对快变子系统,采用最优控制策略抑制其弹性振动.建立具有主动约束控制装置的主动控制方法的系统动力学模型,并对...     

柔性机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制

对多连杆柔性机械臂的轨迹跟踪控制提出了一种鲁棒控制方法。基于奇异摄动法将多连杆柔性机械臂系统分离为慢变和快变两个子系统，对两者分别采用滑模变结构控制和Ｈ∞控制，由此得出的组合控制使系统精确跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动，并且使由非线性机械结构引起的结构不确定性和由弹性变形引起的非结构不确定性及外扰具有较强的鲁棒性。最后通过仿真实验说明其有效性。     

柔性机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制

对多连杆性机械臂的轨迹跟踪控制提出了一种鲁棒控制方法，基于奇异摄动法将多连柔性机械臂系统分离为慢变和快变两个子系统，对两者分别采用滑模变结构控制和Ｈ＾∞控制，由此得出的组合控制使系统精确跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动，并且使由非线性机械结构引起的结构不确定性和由弹性变形引起的非结构不确定性及外扰具有较强的鲁棒性，最后通过仿真实验说明其有效性。     

单杆柔性臂的动态切换滑模-最优混合控制

针对单连杆柔性臂的点对点定位问题,提出了动态滑模控制与最优控制相结合的混合控制方法.利用奇异摄动法将柔性臂系统分为慢变和快变2个子系统,并分别设计控制器;对慢变子系统采用基于动态切换函数的动态滑模控制.该方法考虑到了执行机构的动态特性,可以消除控制输入的抖振.快变子系统经变换后呈线性系统,故采用简单的最优控制即可快速有效地抑制振动.数值仿真结果表明,该方法不仅有效地降低了滑模控制所固有的抖振,而且能实现柔性臂的精确定位和振动抑制.     

机械臂协调操作柔性负载自适应模糊滑模控制

基于奇异摄动理论研究了机械臂协调操作柔性负载系统有限元模型的分解及控制问题。通过双时标变换将复杂的协调系统动力学模型分解成慢变子系统和快变子系统。针对慢变子系统,在其存在不确定性上界未知的情况下,设计了自适应模糊滑模控制器,以完成系统的轨迹跟踪性能;针对快变子系统,考虑到系统参数摄动等影响,设计了鲁棒最优控制器,以抑制系统的弹性振动。仿真结果验证了所设计控制方法的有效性。     

双连杆柔性机械臂的奇异摄动控制

本文中采用奇异摄动方法将双连杆柔性机械臂系统分解为慢变和快变两个子系统，分别采用滑模控制方法和极点配置方法设计慢变和快变子系统的控制器，并进行了数值仿真。     

双连杆柔性机械臂的轨迹控制

对双连杆柔性机械臂的奇异摄动模型,分别采用滑模控制方法和H∞优化方法设计了慢变和快变子系统的控制器,并进行了数值仿真.     

压电柔性机械臂的轨迹跟踪控制

提出一种利用压电材料对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制的方法．利用假设模态法,采用压电作动器和传感器同位配置,根据Lagrange方程建立了单连杆柔性机械臂的动力学模型;针对柔性机械臂的非最小相位特点,以刚性旋转关节的转角为控制输出、以压电作动器抑制柔性机械臂的末端振动,基于Lyapunov函数,采用PD(proportional-differential)控制策略实现了对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制．仿真结果表明,压电作动器很好地抑制了柔性机械臂末端的振动,末端的轨迹跟踪由关节驱动和压电作动共同完成,PD控制算法简单,易于工程实现．     

一类不确定性二阶振动系统的自适应滑模控制

针对一类典型的二阶振动系统,基于滑模控制理论研究了系统的控制问题。考虑系统存在不确定性的情况下,考虑不确定性上界已知和未知,分别设计了滑模控制器和自适应滑模控制器,并引入模糊控制消除滑模抖振的影响。最后通过仿真试验研究,验证了所设计控制方法的有效性。     

负载不确定的柔性机械臂自适应自抗扰控制

为解决末端具有不确定负载的柔性机械臂的位置控制问题,设计了自适应自抗扰控制器.采用奇异摄动理论将多柔性连杆机械臂动力学系统分解为快时标和慢时标两个子系统.针对快时标子系统设计线性二次型控制器,用于快速抑制柔性连杆的振动,将快时标状态变量转移到慢流形上;针对慢时标子系统,设计自抗扰控制器,用于跟踪期望角度.针对末端负载的不确定性,采用迭代最小二乘算法估计末端负载的质量,并在自抗扰控制器中进行补偿.结果表明:末端负载的不确定量达到预估负载质量的200%时,在15 rad/s范围内,角度控制的均方差0.08 rad,明显优于不对末端负载进行补偿的情况.在末端负载和机械臂运动速度都发生变化时,所提出的自适应自抗扰控制器具有一定的鲁棒性.     

Analysis on Biological Stability and Influencing Factors of Northern Living District Water Distribution System

多柔性连杆机械臂的自抗扰控制

刘延芳^1,2, 刘宏¹,孟瑶³

（1. 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨 150001;

2.哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001;

3.上海宇航系统工程研究所,上海 201109）

创新点说明

将自抗扰控制应用到多柔性连杆机械臂的运动控制上。

研究目的

主要解决多柔性连杆机械臂的运动控制问题,在转角运动控制的同时,抑制柔性臂杆的振动。

研究方法

首先基于时标分离,将系统分解为快时标系统和慢时标系统：快时标系统为内环,采用最优二次型控制器,实现臂杆振动的快速抑制;慢时标系统为外环,采用自抗扰控制,抑制系统外界干扰、未建模动态等内外扰动,实现转角位置的精确控制。

结 果

采用自抗扰控制器可以显著提高转角控制精度,并抑制臂杆的振动,其中自抗扰控制器中采用飞线性PD控制器时,优势更为明显。

结 论

自抗扰控制器在应用于多柔性连杆机械臂的运动控制中具有一定的优势,可以进行工程推广。

关键词：多柔性连杆机械臂;自抗扰控制;飞线性比例微分控制器;跟踪微分器;状态扩张观测器

     

Singular perturbation approach for control of hydraulically driven flexible manipulator

The hydraulic flexible manipulator system is divided into two parts: flexible arm dynamics and hydraulic servomechanism, a driving Jacobian is derived to connect these two parts. Taking hydraulic actuator force as virtual input, a singular perturbed composite model is formulated and used to design composite controllers for the flexible link, in which the slow subsystem controller dominates the trajectory tracking, and then a fast controller is designed to damp out the vibration of the flexible structure. Moreover, the backstepping technique is applied to regulate the spool position of a hydraulic valve to provide the required force. Simulation results are provided to show the effectiveness of the presented approach. Foundation item: Project (2001AA4422200) supported by the Teaching and Research Award Program for Outstanding Young Teachers in Higher Education Institutions of the Ministry of Education of China; project supported by the Hi-Tech Research and Development Program of China     

Anti-Dead-Zone Integral Sliding Control and Active Vibration Suppression of a Free-floating Space Robot with Elastic Base and Flexible Links

Under the conditions of joint torque output dead-zone and external disturbance, the trajectory tracking and vibration suppression for a free-floating space robot (FFSR) system with elastic base and flexible links were discussed. First, using the Lagrange equation of the second kind, the dynamic model of the system was derived. Second, utilizing singular perturbation theory, a slow subsystem describing the rigid motion and a fast subsystem corresponding to flexible vibration were obtained. For the slow subsystem, when the width of dead-zone is uncertain, a dead-zone pre-compensator was designed to eliminate the impact of joint torque output dead-zone, and an integral sliding mode neural network control was proposed. The integral sliding mode term can reduce the steady state error. For the fast subsystem, an optimal linear quadratic regulator(LQR) controller was adopted to damp out the vibration of the flexible links and elastic base simultaneously. Finally, computer simulations show the effectiveness of the compound control method.