一种两轮自平衡机器人比例-积分-微分控制方法

两轮自平衡机器人以其机械结构简单,灵活高效的运动特性,具有广阔的应用前景。本文应用理论力学原理,分析并建立了两轮自平衡机器人的动力学模型。在此基础上,分别针对机器人系统的自平衡控制、速度控制设计了比例-积分-微分(PID)控制器。通过复频域和时域分析的方法,提出了一种简便的PID控制参数的整定方法。根据系统PID控制模型,给出了计算机器人马达输出转矩的理论公式。应用实验表明,该控制方法的平衡和速度控制动态和稳态性能良好,且具有占用机器人系统资源少,PID控制参数整定效率高的特点。     

神经元PID控制器在两轮机器人控制中的应用

针对两轮机器人传统PID控制器参数整定困难的问题,设计了一种神经元PID控制器.该控制器利用神经元的自学习和自适应能力,在线实时调整控制器各项参数.建立了两轮机器人的非线性模型,讨论了神经元PID控制系统的结构及其控制算法和各项控制器参数的学习算法.将设计的控制器其应用于两轮机器人的平衡控制中,并且与传统PID控制器进...     

基于自适应免疫整定的机器人无标定自抗扰视觉伺服控制

研究了机器人无标定自抗扰视觉伺服控制问题. 针对系统中所用的自抗扰控制器参数选取困难问题, 提出了基于自适应免疫算法的自抗扰控制器参数整定方法. 证明了系统中所用的非线性离散二阶扩张状态观测器稳定的充要条件, 并将该条件应用在参数整定过程中. 6 自由度工业机器人的实验结果表明了该方法的可行性和有效性.     

云模型控制器在两轮自平衡机器人中的应用

两轮自平衡机器人控制系统具有高阶次、多变量、非线性且强耦合的特性,因此难以建立精准的数学模型。针对两轮自平衡机器人系统的复杂性,对其平衡控制系统进行了研究,提出了一维云模型控制器的设计方法。运用该方法,成功地实现了两轮自平衡机器人的平衡控制,并比较了一维云模型控制器在三规则和五规则下对系统性能的影响。试验结果表明:一维云模型控制器在两轮自平衡机器人平衡控制系统中具有良好的控制性能和强抗干扰性,五规则控制器具有更加优越的控制效果。云模型控制器成功应用在两轮自平衡机器人平衡系统中,并在试验样机平台体现了良好的平衡性能,为今后云模型控制器的设计提供参考,也推进了云模型控制器在硬件平台实现的进程。     

立方体机器人自抗扰平衡控制方法

针对立方体机器人动力学模型多变量、强耦合的问题,提出一种基于自抗扰控制的平衡控制器设计方法.引入虚拟控制量,并在控制量与输出向量之间并行地嵌入多个自抗扰控制器,从而实现对多变量系统的解耦控制,将系统的动态耦合和外部扰动视为各自通道上的自抗扰控制器的总扰动,在为期望姿态安排过渡过程基础上,设计扩张状态观测器对总扰动进行估计并实时补偿.综合采用经验试凑法和带宽法对控制器参数进行整定,对自抗扰控制器系统进行稳定控制、姿态跟踪、抗扰性和鲁棒性实验,并与PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器不仅能有效实现立方体机器人的平衡控制,而且较PID控制器具有更好的响应速度、控制精度和强鲁棒性.     

两轮自平衡机器人速度跟踪研究

两轮自平衡机器人系统是一个高阶次,不稳定,非线性,多变量,强耦合的系统.系统采用Lagrange方程进行动力学建模,将神经网络自组织算法应用于此模型,并对两轮机器人的平衡和速度进行控制,其难点是对车体速度和车轮速度的控制.本文采用神经网络自组织算法,使输出准确地跟踪输入,使机器人按照指定的移动速度和转动速度运动.将该算法与OBS算法相比较,仿真实验结果表明,自组织算法使系统的跟踪速度更快,具有较高的实用价值.     

基于自抗扰控制的两轮自平衡车控制系统仿真研究

为解决两轮自平衡车因不同用户身高体重的差异造成系统模型不准确而带来控制器对系统控制稳定性能差的问题,将自抗扰控制技术运用到两轮自平衡车运动平衡控制中。首先采用拉格朗日方法建立两轮自平衡车动力学模型,然后针对系统的特性推导出实现两轮平衡车自平衡控制的自抗扰控制器控制律。最后,搭建两轮自平衡车控制系统的Simulink仿真平台,分别采用线性自抗扰控制和经典自抗扰控制方法进行了试验比较。试验结果表明:与经典自抗扰控制器相比,新的自抗扰控制器能够较好地适应身高体重变化的环境,较好地自主达到稳定运行状态。     

两轮自平衡机器人的LQR实时平衡控制

两轮平衡机器人已经成为能够为日常机器人提供未来运动方式的一个研究领域.两轮平衡机器人区别于传统形式的机器人,它需要必须具有一个独特的稳定控制系统来保持其直立.为了平衡系统该文利用平衡机器人的动态模型设计控制器,测试LQR在平衡系统的实用性并评估其性能.仿真结果表明LQR控制器可以稳定系统,并且在平衡基于倒立摆模型的两轮自平衡机器人时表现出满意的结果.     

服务机器人自抗扰控制器参数整定优化技术研究

针对服务机器人自抗扰控制器多个参数的整定,主要采用经验试法或某种优化算法进行整定,存在参数整定过程困难、整定结果陷入局部最优等问题,为了解决这些问题,提出了一种基于人工免疫遗传算法优化的服务机器人自抗扰控制器参数整定技术方法。该方法主要充分融合了人工免疫和遗传算法各自的优点,解决了单种智能优化算法出现的“早熟”问题,使得自抗扰控制器参数整定实现最优解;最后搭建仿真平台进行了实验,实验结果表明了该方法提高了自抗扰控制器控制精度、稳定性和鲁棒性,有效验证了提出方法的有效性。     

两轮自平衡机器人控制系统的设计

针对自行设计的两轮自平衡机器人Opyanbot建立了动力学模型,应用最优控制和两轮差动等控制方法设计了控制器,提出了针对两轮自平衡机器人平衡和行进的新策略。为了提高两轮自平衡机器人的控制效果,利用基于DSP数字电路的全数字智能伺服驱动单元IPM100分别精确控制左右轮电机,并利用上位机实时控制机器人的运动状态,提高了控制精度、可靠度和集成度,得到了很好的控制效果。     

A third-order sliding mode controller for nonlinear multivariable systems

This paper proposes a third-order sliding mode controller for nonlinear multivariable systems with uncertain parameters and subject to external disturbances. The controller achieves fast convergence rate, high tracking accuracy, and a reduced level of chattering. The stability of the controller and its global ultimately uniform convergence is proved by the Lyapunov stability theory. Simulation results on a single inverted pendulum system are given to illustrate the effectiveness of the proposed control scheme by comparing it with methods such as a second-order supertwisting controller, a third-order supertwisting controller, and an integral terminal third-order sliding mode controller.     

基于自适应方法的桥式吊车的防摇定位控制器的设计

针对一类欠驱动非线性桥式吊车,设计了一种自适应控制器,它不需要对吊车模型进行近似解耦或线性化处理,不需要事先知道桥吊的精确的数学模型的参数信息,在负载质量等参数发生变化的情况下,能够实现对桥吊小车的精确定位与负载摆动的有效抑制,文中同时对该方法的稳定性进行了理论分析.该控制方法具有结构简单,计算量小的特点.数值仿真结果证实了本控制方法的良好效果.     

按条件更新参数的自校正控制器

本文对具有有界扰动的线性时不变系统提出了一种新的按条件更新参数的自校正控制算 法.算法的特点是它的计算量与典型的自校正调节器不相上下,但却具有跟随的能力,同时还 能保证闭环系统的稳定.文章对采用此法后的系统稳定性、跟随误差的上限和参数估计的 有界性等问题作了详细的理论分析,最后给出了与其它几种方法对比的仿真结果.     

时间最优控制理论在雷达伺服系统中的应用

在雷达伺服系统的目标角度跟踪中,需要天线视线在不同目标间进行大角度跳转,采用传统PID控制器的结果是超调量过大、转换时间过长,基于此提出了一种时间最优控制算法,结合传统PID控制器,使得天线大角度转移时,系统充分发挥了最大驱动能力,达到了跳转时快速、平稳的性能.工程应用结果表明,该控制方法提高了产品性能,优化了设计流程,同时由于可操作性强,具有很高的应用和推广价值.     

基于虚约束的Acrobot动态伺服控制统一设计方法

提出一种基于虚约束的统一设计方法,以解决Acrobot系统中动态伺服控制问题,使系统沿着经过目标点的周期轨迹运动.将虚约束设计、虚约束作用下系统零动态微分方程分析以及轨道周期性判定相结合,获得了符合目标的周期轨道方程;基于Lyapunov方法设计了光滑反馈控制器,克服了基于线性二次型调节器（LQR）的控制器对零动态微分方程解析解的依赖性问题.实际算例的仿真结果表明了统一设计方法的有效性.     

三容器液位系统Smith预估器设计及其仿真

三容器液位控制系统具有典型的滞后特性,用常规的PID控制难以达到精确的控制效果.本文首先给出了该系统的数学模型, 并应用Smith预估补偿算法进行控制,最后在C Builder中进行了仿真.仿真结果表明Smith预估补偿控制与常规的PID控制相比,具有调节时间短、超调量小、鲁棒性好等优点.     

基于最佳滑移率的ABS复合控制器设计

针对目前的防抱制动系统(ABS)控制算法只局限于理论研究,不能在实际的ABS系统中得到应用的现状,提出了一种实用的ABS复合控制方案.研究了基于最佳滑移率的ABS控制器设计目标,提出了一种实用的鲁棒、逻辑门限复合控制方案,给出了控制器的设计方法.在单轮ABS系统上进行了试验,试验结果表明,在两种不同路面条件下,实际滑移率都能保持在最佳滑移率附近.因此,所提复合控制方案是可行和有效的.     

多线切割机速度同步系统的自适应逆控制

分析了多线切割机放线系统张力锤的速度调节和张力控制的机械结构原理; 针对高速运行时数字PID控制系统存在的问题, 提出了一种自适应逆随动控制系统结构, 该系统以主电机为参考模型, 是由一个系统辨识环节和一个自适应控制器环节构成, 引入虚拟模型自适应地调整控制器, 使放线电机与主电机具有类似的动态特性; 样机的实验结果证明了该系统的可行性; 对跟随误差进行了全面的分析并提出了提高控制精度的方法.     

Robust H ∞ and adaptive tracking control against actuator faults with a linearised aircraft application

This article studies the problem of designing adaptive fault-tolerant H _∞ tracking controllers for a class of aircraft flight systems against general actuator faults and bounded perturbations. A robust adaptive state-feedback controller is constructed by a stabilising controller gain and an adaptive control gain function. Using mode-dependent Lyapunov functions, linear matrix inequality-based conditions are developed to find the controller gain such that disturbance attenuation performance is optimised. Adaptive control schemes are proposed to estimate the unknown controller parameters on-line for unparametrisable stuck faults and perturbation compensations. Based on Lyapunov stability theory, it is shown that the resulting closed-loop systems can guarantee asymptotic tracking with H _∞ performances in the presence of faults on actuators and perturbations. An application to a decoupled linearised dynamic aircraft system and its simulation results are given.     

模糊自适应控制算法的新方案

针对一种标准形式的非线性系统,以Li—xin Wang提出的模糊算法为基础,设计了一种新的自适应模糊控制器,采用直接控制器代替原有的监督控制器．根据Lyapunov定理,在放宽稳定性条件的前提下,证明了此闭环系统的稳定性．同时,给出了直接控制器的范围,由此可以解决由于监督控制器而可能引起的控制器的大幅波动．通过对一阶、二阶控制系统的仿真,可见本算法能大幅度提高系统的响应速度、以及其他的动态响应性能．