基于LuGre 摩擦模型的机械臂模糊神经网络控制

针对未知摩擦非线性会使机械臂控制精度难以提高的缺陷,建立基于动态LuGre摩擦的机械臂模型.在系统参数未知和机械臂负载变化的情况下,设计一种自适应模糊神经网络控制器,采用基函数中心和宽度均自适应变化的模糊神经网络补偿器,实现对系统中包括LuGre摩擦在内的非线性环节的逼近,并利用滑模控制项减小逼近误差.通过Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性,并通过仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.     

基于分布参数机械臂协调操作柔性负载双时标控制

基于分布参数系统理论,建立机械臂协调操作柔性负载系统的动力学模型.利用奇异摄动方法,对动力学模型进行双时标分解,得到一个表征系统大范围刚性运动的集中参数慢变子系统和表征系统弹性振动的分布参数快变子系统.分别设计了自适应模糊滑模慢变控制器和振动反馈快变控制器,并通过分析快变子系统主算子及其生成C_O半群的特性,证明了分布参数闭环子系统的渐近稳定性.最后,通过仿真实验验证了所提出方法的有效性.     

T-S 模糊模型变结构的机器臂轨迹跟踪控制

针对不确定性的机械臂轨迹跟踪问题,结合滑模变结构和T-S模糊模型的优点,给出一种基于T-S模糊模型的变结构轨迹跟踪的方法。首先采用T-S模型建模,得到机械臂的模糊模型;然后设计出保证机械臂全局渐近稳定的滑模控制器。仿真结果表明,所设计的模糊变结构控制器与普通变结构控制器相比,可使机械臂无论在计算时间、误差上都具有更大的优势和更强的鲁棒性。     

线控转向系统的自适应高阶滑模控制

车辆线控转向(steer-by-wire,SbW)系统存在摩擦力矩及回正力矩等不确定动态特性,难以实现精确建模与有效控制.为此,提出一种基于自适应模糊逻辑系统的自适应高阶滑模(adaptive higher-order sliding mode, AHOSM)方法,实现SbW系统的有效控制.首先,通过自适应模糊逻辑系统逼近SbW系统的未知动态,使控制器的设计不再需要摩擦力矩及回正力矩的动力学模型;其次,采用高阶滑模和自适应增益技术削弱传统滑模控制器存在的抖振现象;再次,通过构造Lyapunov函数设计增益自适应律补偿逼近误差和系统不确定项对控制精度的影响,该方案不需要系统不确定项的界已知,且能够避免增益过估计现象;最后,通过稳定性分析证明该控制器可以在有限时间内建立实际滑动模态,数字仿真和硬件在环实验进一步验证了该控制方法的有效性和优越性.     

考虑扰动与输入饱和的机械臂连续非奇异快速终端滑模控制

针对机械臂控制过程中由于扰动与输入饱和造成的控制精度低的问题,提出一种连续非奇异快速终端滑模控制算法.首先,针对输入饱和问题,设计饱和补偿系统以消除输入饱和特性;其次,为避免滑模控制的抖振问题,设计二阶模型不确定与扰动估计器(UDE)对扰动项进行估计;同时,为进一步提高控制精度,采用自适应方法对扰动估计误差进行控制;在此基础上,设计基于二阶模型不确定与扰动估计器及输入饱和补偿的自适应连续非奇异快速终端滑模控制算法,并采用Lyapunov函数证明该算法的有限时间收敛特性;最后,以3自由度并联机械臂为控制对象进行仿真,并开展算法对比研究.仿真结果表明,该方法可以实现考虑扰动与输入饱和时的机械臂高精度有限时间轨迹跟踪控制.     

基于特征建模的连续体机械臂自适应鲁棒控制技术研究

针对连续体机械臂动力学建模困难,控制难度大的问题,使用特征建模的方法,用简化等价的特征模型设计了自适应鲁棒控制器。首先,通过对机械臂系统进行分析,使用特征建模得到等价的动力学模型,然后采用递推最小二乘法进行参数辨识,得到该特征模型的特征参数,最后,利用模型与辨识得到的参数设计了一种结合滑模控制的自适应控制器。通过仿真实验对本文方法与传统PID方法进行对比,仿真结果表明,本文的方法对于末端角度控制的跟踪精度高,同时对于末端扰动有着良好的自适应能力和鲁棒性。     

基于模糊自适应滑模算法的多机械臂力/位混合控制

针对多机械臂力/位混合控制受摩擦力等不确定因素影响的问题,该文提出了一种基于模糊自适应鲁棒滑模算法的控制方法。首先,根据机械臂及物体的动力学方程,构建多机械臂系统模型,并将模糊算法与自适应滑模算法相结合;然后,对不确定因素及未知非线性项进行补偿,利用鲁棒算法对系统可靠性进行提升;最后,基于李雅普诺夫方法,证明了该系统的稳定性。仿真结果显示,该方法可显著提升控制器的控制精度和系统响应速度。     

多关节机器人的自适应模糊滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制,提出了一种基于全局快速终端滑模面的自适应模糊滑模控制方法。该方法通过设计合适的自适应律,采用模糊自适应控制调节滑模控制的切换控制增益,实现了对建模误差和不确定干扰的自动跟踪,削弱了抖振。系统不需要对建模误差和干扰进行预估计,并且通过对控制器结构的简化,降低了模糊控制器的维数,减少了计算量。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性,仿真结果表明了其有效性。     

基于模糊控制的高超声速飞行器二阶滑模姿态控制

考虑高超声速飞行器飞行过程中气动参数变动导致的不确定,将模糊控制与二阶滑模控制相结合,形成自适应模糊二阶滑模控制器,用于控制高超声速飞行器姿态的飞行系统中.依据奇异摄动理论,设计快速和慢速双闭环系统控制角速率和姿态角.设计二阶滑模控制器用于有效地衰减抖振,同时对姿态角指令实现准确和快速跟踪.采用自适应模糊逻辑逼近高超声速飞行器动力学和运动学模型中的不确定部分,以对控制器进行有效补偿,基于Lyapunov稳定性理论,推导模糊规则参数的自适应律,确保整个闭环控制系统的稳定.仿真结果表明,所提出的高超声速飞行器的自适应模糊滑模控制系统能够有效抑制气动参数摄动的影响,对姿态角指令有较好的跟踪性能.     

柔性机械臂的双时间尺度组合控制

本文研究柔性机械臂的轨迹跟踪和振动抑制问题. 首先, 利用Lagrange法和假设模态法建立柔性机械臂的动态模型, 进而利用奇异摄动理论得到柔性机械臂的双时间尺度模型. 然后, 基于慢时间尺度模型利用滑模控制理论设计轨迹跟踪控制器; 借助于快时间尺度模型利用自适应动态规划设计参数不精确已知情况下的最优振动抑制控制器; 将二者相结合, 构造双时间尺度组合控制器, 利用奇异摄动理论证明闭环系统稳定. 最后, 在Matlab/Simulink环境下进行实验, 与现有方法相比, 本文设计的控制器对柔性振动具有更好的振动抑制效果, 跟踪精度更高.     

机器人操作器的自适应模糊滑模控制器设计

针对机器人动力学系统提出了一种基于模糊逻辑的自适应模糊滑模控制方案.根据滑模控制原理并利用模糊系统的逼近能力设计控制器,基于李雅谱诺夫方法设计自适应律,证明了闭环模糊控制系统的稳定性和跟踪误差的收敛性.控制结构简单,不需要复杂的运算.该设计方案柔化了控制信号,减轻了一般滑模控制的抖振现象.仿真结果表明了所提控制策略的有效性.     

An adaptive fuzzy sliding mode controller for robotic manipulators

This paper proposes an adaptive fuzzy sliding mode controller for robotic manipulators. An adaptive single-input single-output (SISO) fuzzy system is applied to calculate each element of the control gain vector in a sliding mode controller. The adaptive law is designed based on the Lyapunov method. Mathematical proof for the stability and the convergence of the system is presented. Various operation situations such as the set point control and the trajectory control are simulated. The simulation results demonstrate that the chattering and the steady state errors, which usually occur in the classical sliding mode control, are eliminated and satisfactory trajectory tracking is achieved.     

Decentralized adaptive fuzzy sliding mode control for reconfigurable modular manipulators

A stable decentralized adaptive fuzzy sliding mode control scheme is proposed for reconfigurable modular manipulators to satisfy the concept of modular software. For the development of the decentralized control, the dynamics of reconfigurable modular manipulators is represented as a set of interconnected subsystems. A first‐order Takagi–Sugeno fuzzy logic system is introduced to approximate the unknown dynamics of subsystem by using adaptive algorithm. The effect of interconnection term and fuzzy approximation error is removed by employing an adaptive sliding mode controller. All adaptive algorithms in the subsystem controller are derived from the sense of Lyapunov stability analysis, so that resulting closed‐loop system is stable and the trajectory tracking performance is guaranteed. The simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed decentralized control scheme. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

具有时滞的柔性关节多机械臂协同自适应位置/力控制

由于关节机械臂长期运行后,齿轮间隙扩大产生的时间滞后将使得系统跟踪性能降低.针对此问题,本文提出了一种自适应位置/力控制策略来保证闭环系统稳定性以及位置/力跟踪性能.首先,对多机械臂和物体系统进行任务空间动力学建模.随后,利用Pade理论将时间滞后近似为二阶有理分式.同时,利用神经网络自适应算法克服模型建模误差对系统稳定性的影响,利用同时包含位置误差和力误差的线性滑模项,设计位置/力控制器.通过李雅普诺夫稳定性理论,证明控制策略能实现位置误差和内力误差的渐近收敛.最后,仿真验证证明所设计控制策略的有效性.     

Adaptive fuzzy terminal sliding mode controller for linear systems with mismatched time-varying uncertainties

A new design approach of an adaptive fuzzy terminal sliding mode controller for linear systems with mismatched time-varying uncertainties is presented in this paper. A fuzzy terminal sliding mode controller is designed to retain the advantages of the terminal sliding mode controller and to reduce the chattering occurred with the terminal sliding mode controller. The sufficient condition is provided for the uncertain system to be invariant on the sliding surface. The parameters of the output fuzzy sets in the fuzzy mechanism are adapted on-line to improve the performance of the fuzzy sliding mode control system. The bounds of the uncertainties are not required to be known in advance for the presented adaptive fuzzy sliding mode controller. The stability of the fuzzy control system is also guaranteed. Moreover, the chattering around the sliding surface in the sliding mode control can be reduced by the proposed design approach. Simulation results are included to illustrate the effectiveness of the proposed adaptive fuzzy terminal sliding mode controller.     

Robust adaptive fuzzy sliding mode trajectory tracking control for serial robotic manipulators

The ever increasingly stringent performance requirements of industrial robotic applications highlight significant importance of advanced robust control designs for serial robots that are generally subject to various uncertainties and external disturbances. Therefore, this paper proposes and investigates the design and implementation of a robust adaptive fuzzy sliding mode controller in the task space for uncertain serial robotic manipulators. The sliding mode control is well known for its robustness to system parameter variations and external disturbances, and is thus a highly desirable and cost-effective approach to achieve high precision control task for serial robots. The proposed controller is designed based on a fuzzy logic approximation to accomplish trajectory tracking with high accuracy and simultaneously attenuate effects from uncertainties. In the controller, the high-frequency uncertain term is approximated by using a fuzzy logic system while the low-frequency term is adaptively updated in real time based on a parametric adaption law. The control efficacy and effectiveness of the proposed control algorithm are comparatively verified against a recently proposed conventional controller. The test results demonstrate that the proposed controller has better trajectory tracking performances and is more robust against large disturbances than the conventional controller under the same operating conditions.     

不确定Duffing混沌系统的同步控制

在模糊滑模变结构控制基础上,研究具有不确定性Duffing混沌系统的同步控制问题。选择合适的滑模面,基于Lyapunov稳定性理论设计模糊滑模变结构控制器及自适应更新规则,从理论上证明控制系统的稳定性。由于控制器的设计是基于自适应模糊滑模变结构控制的,与常规方法相比,控制器滑动模态不受干扰的影响,有较好的鲁棒性和快速跟踪能力。通过数值仿真实验验证了该系统的有效性。     

一种新的自适应模糊滑模控制器设计方法

对一类非线性系统提出一种新的自适应模糊滑模控制器设计方法。将自适应模糊控制与滑模控制有效地结合在一起,先用滑模控制使跟踪误差进入边界层内,然后启动自适应模糊控制器。该控制器可消除滑模控制器中出现的抖振,并可在存在模糊逻辑系统逼近误差情况下使系统跟踪误差小于预先给定的任意常数。仿真算例验证了所提出方法的有效性。     

无刷直流电机的自适应模糊滑模控制策略研究

为了提高无刷直流电机（BLDCM,brushless dC motor）控制系统的动态响应速度和干扰抑制能力,提出了一种新的自适应模糊滑模控制（AFSMC,adaptive fuzzy sliding mode control）策略。控制系统根据滑模开关函数的取值范围,可以切换滑模控制器的输出,能够改进滑模观测器的抖振现象和系统稳定性。控制器的控制律由自适应模糊控制算法调节,滑模控制器的输出减少了系统不确定时延的影响。根据所提出控制策略建立了仿真模型,并进行了仿真。仿真结果表明,所提出的控制策略能提高系统的动态性能和鲁棒性。该方法用于无刷直流电机的控制是可行的、有效的。