基于快速终端滑模的机器人轨迹跟踪避障方法

针对非完整轮式机器人有限时间精准轨迹跟踪避障问题,设计了一种基于全局快速终端滑模方法,兼具无抖振、收敛时间可调等优点的轨迹跟踪控制器。首先,在载体坐标系下建立轮式机器人运动学模型;其次,构造包含终端吸引子和指数收敛项的全局快速终端滑模轨迹跟踪控制器,通过Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能确保轨迹与航向角跟踪误差均能在有限时间内收敛于较小的零域范围内;最后,引入人工势场避障方法,实现了机器人严格跟踪参考轨迹的同时绕开障碍物。实验结果表明,该方法能实现在避障的同时对于给定参考轨迹的有限时间稳定跟踪控制。     

基于快速终端滑模的机器人轨迹跟踪避障方法（英文）

针对非完整轮式机器人有限时间精准轨迹跟踪避障问题,设计了一种基于全局快速终端滑模方法,兼具无抖振、收敛时间可调等优点的轨迹跟踪控制器。首先,在载体坐标系下建立轮式机器人运动学模型;其次,构造包含终端吸引子和指数收敛项的全局快速终端滑模轨迹跟踪控制器,通过Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能确保轨迹与航向角跟踪误差均能在有限时间内收敛于较小的零域范围内;最后,引入人工势场避障方法,实现了机器人严格跟踪参考轨迹的同时绕开障碍物。实验结果表明,该方法能实现在避障的同时对于给定参考轨迹的有限时间稳定跟踪控制。     

挖掘机器人的模型与自适应模糊滑模控制

为实现挖掘机器人的自动挖掘,在挖掘机器人的轨迹规划器给出铲斗期望运动轨迹的情况下,需要挖掘机器人的控制系统能够控制其工作装置实现对给定轨迹的准确跟踪.利用拉格朗日方法建立了挖掘机器人工作装置的三自由度动力学方程,设计了自适应模糊滑模变结构控制器.利用模糊控制动态调节切换增益,将滑模控制的切换项转化为连续的模糊系统,增强了控制系统对挖掘机器人工作装置不确定性和外界干扰的鲁棒性,削弱了滑模控制的抖振现象,并且有较强的自适应跟踪能力.利用MATLAB7.4/Simulink工具箱对所设计的控制器进行了仿真,给出了自适应模糊滑模控制的跟踪性能及误差.     

轮式移动焊接机器人输出反馈线性化控制

针对目前基于运动学模型的焊缝跟踪控制已经不能满足焊缝跟踪的高精度要求的问题,以一种后两轮差速驱动的5自由度轮式移动焊接机器人为对象,给出其动力学模型及其输出反馈线性化的过程,并提出一种基于此动力学的轮式移动焊接机器人路径跟踪控制方法。建立轮式移动机器人具有非完整力学系统形式的动力学模型,并推导出对应的状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,考虑机器人动力学模型参数的不确定性,利用滑模变结构控制方法来设计动力学控制规律,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控制器。并利用Lyapunov稳定性理论证明系统的稳定性且跟踪误差收敛,满足了移动机器人的轨迹跟踪要求,且具有设计方法简单、鲁棒性强的特点。通过仿真验证所提控制律的有效性和正确性。     

智能扫地机器人双环积分滑模控制方法研究

针对Mecanum轮型扫地机器人在车轮打滑和重心偏移等不确定非线性因素影响下的轨迹跟踪精度问题,提出了一种基于修正动力学模型的轨迹跟踪控制方法。首先,对机器人进行了运动学与动力学分析。然后,根据外界干扰及参数估计的不确定性对动力学模型进行了修正,设计了双环积分滑模控制器,并通过Lyapunov函数证明了控制系统的稳定性。最后,在不同扰动作用下,以圆为参考轨迹进行跟踪仿真,结果表明:该控制系统具有较好的抗干扰性和鲁棒性,避免了因不确定性参数估计带来的建模误差,为扫地机器人在实际轨迹跟踪控制运用中奠定了理论基础。     

基于动静态安全场的机器人避障路径控制仿真研究

针对机器人避障过程中运动路径较长和轨迹跟踪误差较大问题,设计了改进滑模控制系统,并对机器人运动路径和跟踪误差进行仿真验证。分析了动静态安全场环境中的危险源,引用了离散滑模控制系统,采用卡尔曼滤波器对离散滑模控制系统进行改进,给出了机器人末端执行器运动路径控制流程。在不同环境条件下,采用Matlab软件对机器人避障路径跟踪误差进行仿真,并且与滑模控制系统进行比较分析。结果表明:机器人在静态安全场环境中,采用滑模控制器,机器人轨迹跟踪运动路径较长;而采用改进滑模控制器,避障过机器人轨迹跟踪运动路径较短。机器人在动静态安全场环境中,采用滑模控制器,避障运动路径较长,跟踪误差较大;而采用改进滑模控制器,避障运动路径较短,跟踪误差较小。采用改进滑模控制器,机器人自适应调节能力强,从而缩短了机器人运动路径,提高了轨迹跟踪精度。     

并联机器人轨迹跟踪离散变结构鲁棒控制器设计

本文根据并联机器人支撑杆教学模型参数摄动较大和时变的特点,设计了一种用于并联机器人轨迹跟踪的离散滑模变结构鲁棒控制器,通过引入变速趋近律,控制系统响应速度快,对参数摄动和外界干扰具有较强的鲁棒性,仿真研究结果表明,本文的控制方案能实现较高精度的快速轨迹跟踪,同时可削弱或避免通常变结构控制中不可避免的抖振。     

多关节机器人反馈线性化双模糊滑模控制

为了提高多关节机器人轨迹跟踪控制性能,提出了一种反馈线性化双模糊滑模控制方法。该方法在对机器人非线性动力学模型反馈线性化的基础上,设计了一种双模糊滑模控制器。通过设计一个模糊控制器,根据跟踪误差和误差变化率自适应地调整滑模面的斜率,从而加快响应速度。通过设计另一个模糊控制器,根据滑模面自适应地调整滑模控制的切换控制部分,从而减弱抖振。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。针对空间三关节机器人进行了仿真实验,结果表明了所提方法的有效性。     

基于自适应模糊滑模变结构的采煤机自动调高控制策略

针对采煤机自动调高和采煤工作面无人化存在的问题,提出了基于电液位置伺服系统的自适应模糊滑模变结构控制系统。分析了采煤机自动调高的依据条件,建立了采煤机调高系统的数学模型,得到了采煤机调高系统的控制变量。采用自适应模糊滑模变结构控制策略,设计了采煤机自动调高控制器,并分析了其稳定性。利用MATLAB对采煤机调高控制器进行了仿真,仿真结果表明,采用自适应模糊滑模变结构的控制系统可以实现采煤机截割预定轨迹的准确跟踪,相对于PID控制技术,其跟踪误差较小,控制效果较理想。     

非时间参考的移动机器人变滑模控制

提出一种基于非时间参考移动机器人的变滑模控制方法，设计以一定的速度跟踪路径的控制器，买现对一类轨迹的跟踪。由于采用变滑模控制，增强了机器人在不确定环境下的跟踪能力和系统鲁棒性，可以实现机器人在动态环境中的路径跟踪。买验验证了该方法的有效性。     

四旋翼飞行器的滑模PID轨迹跟踪控制

针对传统PID在四旋翼飞行器轨迹跟踪控制方面存在的精度不高、鲁棒性差等不足,提出了一种滑模PID算法。并根据建立的四旋翼欧拉-庞卡莱动力学模型,设计滑模PID轨迹跟踪控制器。与传统PID算法相比,该算法通过选取PID滑模面,有效地提高系统的响应速度以及抗干扰的能力。通过MATLAB/Simulink,在不同条件下,分别对滑模PID和传统PID算法设计的控制系统进行仿真。仿真结果表明,该算法能够更为精确地跟踪期望轨迹,同时具有响应时间短,超调量小,鲁棒性强等优点。     

基于低通滤波器的跳跃机器人滑模控制

针对单关节跳跃机器人的轨迹跟踪、速度跟踪和振动问题,提出一种基于低通滤波器的滑模控制算法。基于Lynapunov算法设计滑模控制律,并对该算法进行了稳定性分析。利用MATLAB对单关节跳跃机器人的控制器进行了动态仿真,仿真结果表明:该算法能够快速地实现单关节跳跃机器人的位置跟踪和速度跟踪,并且相比未加入低通滤波器的单关节跳跃机器人,加入低通滤波器的单关节跳跃机器人能很好地抑制抖振,从而提高了机器人的工作品质。     

多关节机器人事件驱动神经网络滑模控制

针对多关节机器人轨迹跟踪控制问题,提出了一个事件驱动的神经网络滑模控制器。该方法采用RBF神经网络来改善传统滑模控制器,对模型不确定项进行逼近;在此基础上,提出了事件驱动的RBF神经网络滑模控制器,根据跟踪误差和目标轨迹的驱动条件决定控制力矩更新,降低力矩更新频率。利用跟踪误差的最终一致有界性证明控制系统的稳定性,证明系统不存在Zeno行为。针对二关节机器人进行的仿真实验展现了良好的跟踪效果,验证了控制策略的有效性。     

基于干扰观测器的时滞非线性切换系统滑模控制方法

为实现更加精准的时滞非线性切换系统滑模控制,应用干扰观测器设计一种新的系统滑模控制方法。构建时滞非线性切换系统模型,针对系统在发生结构变化时会产生复合干扰变化的情况,设计了一种非线性切换干扰观测器,实施系统不连续干扰的估计。通过 Backstepping 方法结合干扰观测器,设计一种切换滑模控制器,依据标量非线性特性打造一个滑模面,通过滑模控制器算法使时滞非线性切换系统能够满足滑模面的实际可达性条件,完成切换滑模控制器设计,实现系统的滑模控制。对设计的滑模控制方法进行测试,实验中选择的时滞非线性切换系统为一种变后掠翼 NSV 。实验结果表明,该设计方法能够实现较为准确地切入信号跟踪,表现出了很好的切换复合干扰估计性能。     

3-RPS并联机构滑模变结构控制系统设计

针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度较低的问题,设计了一种基于并联机构动力学方程和比例切换控制律的滑模变结构控制器(SMC)。首先,建立机构的Matlab/Sim Mechanics仿真分析模型,采用微位移法求解并联机构的Jacobian矩阵及通过工作空间分析确定机构的最佳尺寸参数,为控制系统提供理论参考输入值。其次,设计滑模变结构控制器,运用Lyapunov函数证明滑模变结构控制器的稳定性;最后,建立机构的PID控制和SMC控制系统Matlab/Simulink框图,分别对其进行仿真分析与对比。结果表明,SMC控制器的轨迹跟踪精度比PID控制器的精度高,稳态误差小,且鲁棒性强,响应速度快,从而验证了SMC控制的有效性。     

基于模糊滑模控制的工业机器人运动不确定性分析

针对工业机器人运动学和动力学不确定性的问题,在分析工业机器人运动学和动力学模型的基础上提出了一种模糊滑模变结构控制方法。基于滑模变结构控制原理设计了一种工业机器人滑模变结构控制器。采用模糊逻辑系统补偿运动不确定性造成的跟踪误差,以提高跟踪精度,消除系统"抖振"的影响,并利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性。最后基于二自由度工业机器人进行了仿真分析,仿真结果表明:在机器人运动参数无法精确确定的情况下,模糊滑模控制器仍具有较好的跟踪性能、快速响应特性和鲁棒性。     

平面五杆并联机器人滑模控制

基于平面五连杆机器人的动力学模型,把滑模控制理论应用于平面五连杆机器人的轨迹控制,为五连杆机器人设计轨迹跟踪滑模控制器。给出了驱动力矩的控制表达式,并证明了系统的渐近跟踪性能。对五连杆机器人进行MATLAB/Simulink仿真,结果表明该方法能够使跟踪误差趋于0。     

滑模控制在气动伺服系统中的应用

分析了气动伺服控制系统中存在的非线性摩擦特性,并设计实验台,测定低速环境下基于直缸的气动伺服系统中的摩擦特性;将其作为全局滑模控制中的外干扰,通过改变控制器结构或调整控制参数来抑制干扰,使系统在响应的全过程都具有鲁棒性。数字仿真表明：滑模变结构控制方案较PD策略具有更好的动、静态特性及对参数变化和外界干扰的鲁棒性。通过在台面球XY轨迹气动控制系统中的实验研究,验证了滑模变结构控制器具有可行性和理想的轨迹跟踪性能。     

装载机工作装置轨迹的自适应模糊滑模控制

为实现装载机工作装置的轨迹跟踪控制,建立装载机工作装置的二自由度运动学和拉格朗日动力学方程。装载机工作装置具有明显的非线性和不确定性特征,并存在外部干扰,设计了自适应模糊滑模变结构控制器。利用模糊控制动态调节切换增益,将模糊控制的切换项转化为连续的模糊系统,增强了控制系统对装载机工作装置的不确定性和外界干扰的鲁棒性,削弱了滑模控制的抖振现象。设计过程采用了方法,保证了控制系统的稳定与收敛,仿真结果给出了自适应模糊滑模控制的跟踪性能及误差。     

轮式移动机器人的Back-stepping滑模模糊自适应轨迹跟踪控制

为提高两轮驱动轮式移动机器人轨迹跟踪控制的精度,依据轮式移动机器人的运动学和动力学方程,提出了一种具有全局渐进稳定性的控制方法。首先基于Back-stepping建立了轮式移动机器人的运动学控制器;其次通过滑模控制方法建立轮式移动机器人的动力学控制器;然后加入模糊控制系统调节滑模增益以削弱抖振;最后对系统的未知扰动建立自适应控制规律,并证明了其稳定性。以跟踪直线、圆、类正弦轨迹为例进行了仿真研究,验证了该控制方法的有效性。