基于任务坐标系的液压机四角调平控制

针对液压机滑块的四角调平电液系统,提出了一种基于空间任务坐标系的控制方法。分析滑块与调平缸的运动关系与空间位置关系,从而建立坐标转换矩阵,将液压机滑块四角的直线位移坐标转换为滑块中心位移与倾角组成的任务坐标,在任务坐标空间内设计了基于调平力偏置非线性前馈补偿的滑块跟踪运动PID控制器,并且直接针对滑块的倾角设计了调平PID控制器,针对不同控制目标的控制参数是独立调节、互不影响的。设计了基于调平力偏置的预加速过程,以缓解滑块与调平缸接触时的冲击。最后,在25000 kN玻璃钢液压机上对所提控制方法的有效性进行实验验证。实验中,调平缸分别定位于平面矩形的四角,矩形尺寸为3550 mm×2900 mm。实验结果表明:使用基于任务坐标系的四角调平控制方法后,液压机滑块绕坐标轴x、y的旋转倾角分别被控制在0.0032°和0.0045°以内,各调平缸的位移偏差不超过0.45 mm。     

重型液压机执行器自适应滑模容错控制

为了提高重型液压机在执行器故障情况下的容错控制能力和控制精度,设计了自适应滑模容错控制器。建立了5缸液压机的滑块动力学模型和液压缸压力动态方程。使用积分滑模控制设计了3个子系统虚拟控制律;使用伪逆法实现了控制分配;在执行器故障情况下,在积分滑模控制基础上,提出了自适应补偿策略,从而给出了执行器故障情况下可以实现的虚拟控制律;使用分散滑模控制将虚拟控制律转化为伺服阀控制律,并证明了自适应滑模容错控制器具有Lyapunov意义下的稳定性。经仿真验证,在单个执行器故障或多个执行器故障的情况下,自适应滑模容错控制器能够将调平误差控制在2×10^-4rad内,位移跟踪误差最大为0.0111 m,体现了执行器故障情况下极高的调平和跟踪精度,也体现了自适应滑模容错控制器具有很好的鲁棒性。     

单杆液压执行器双侧触觉遥控操作的李雅普诺夫稳定控制器研究

液压执行器运动轨迹容易受到多种环境因素干扰,导致实际运动轨迹偏离理论运动轨迹,造成定位精度下降。对此,建立了单杆液压执行器模型简图,采用李雅普诺夫稳定控制器控制液压执行器的运动轨迹。分析了双侧遥控操作系统的动态模型,推导了液压执行器流量非线性控制方程式,设计了单杆液压致动器双侧控制的李雅普诺夫稳定控制方案,采用数学方法对控制器的稳定性进行了证明。结合具体实例,对单杆液压执行器的运动轨迹跟踪误差进行仿真,并与传统PID控制器的跟踪误差形成对比。对误差的仿真结果表明:在受到外界波形干扰时,采用李雅普诺夫稳定控制器控制液压执行器运动轨迹,产生误差较小。液压执行器采用李雅普诺夫稳定控制器,能够提高系统运动的稳定性,降低运动轨迹产生的误差。     

基于改进LuGre模型的液压系统滑模控制

为了提高液压系统控制精度,提出基于LuGre模型双状态滑模估计的液压系统滑模控制算法。在摩擦模型不确定性参数的双状态估计中,借鉴滑模控制的核心思想,设计双状态滑模估计器,以提高状态估计精度及摩擦补偿精度。以双状态滑模估计的摩擦模型为基础,设计自适应滑模控制器,实现液压系统的位置跟踪控制,并通过李雅普诺夫函数证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明:基于双状态滑模估计摩擦模型的液压系统自适应滑模控制,有效地提高了液压系统位置跟踪精度。     

基于李雅普诺夫理论的电液伺服系统非线性位置控制研究

电液伺服系统存在高度非线性及参数时变等问题,同时由于其多学科性质导致精确模型的建立比较困难。针对电液伺服系统非线性位置控制问题,采用基于非线性系统的李雅普诺夫理论的控制器实现电液伺服系统的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。构造了伺服阀以及液压执行器的动力学方程,建立电液伺服系统简化数学模型。基于非线性系统的李雅普诺夫理论,利用积分反演法设计了电液伺服系统控制器。采用MATLAB软件对电液伺服系统进行仿真,并与传统PID控制器的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示:采用所设计的控制器,电液伺服系统对阶跃和正弦信号的跟踪性能较优,所需控制电压减少50%左右,跟踪误差也大大减少。     

预弯机位置速度双闭环同步控制

针对预弯机电液比例控制系统的高同步精度和速度控制要求,考虑到负载力对速度稳定和位置精度的影响,提出基于单轴带负载力补偿的位置速度双闭环控制的四轴同步控制策略。针对单轴同时控制位置和速度特点采用外环位置控制、内环速度控制的双闭环控制方法;对于四轴同步,采用两组主从同步、两组主轴之间均值同步的混合同步控制方式。仿真结果表明:该控制策略实现了较高的同步精度和速度误差,同步控制精度可达到0.24 mm,速度跟踪误差控制在2.2 mm/s以内,完全满足预弯机生产过程的控制要求。     

三维椭圆振动切削系统模糊自适应滑模控制

三维椭圆振动切削被认为是目前最具潜力的机械加工方式,但是加工过程中的控制问题还未被很好的解决,特别是加工过程中对于外界干扰的自适应问题,为了在三维椭圆振动切削过程中实现控制方法的鲁棒性,根据所研制的一种三维椭圆振动切削装置独特的结构方式,首先分析了各个运动之间的串扰情况,并根据装置柔性铰链的特征建立了三维椭圆振动切削装置的动力学模型。提出了三维椭圆振动切削模糊自适应滑模控制的滑模函数与滑模控制律,并通过李雅普诺夫稳定性条件证明了所设计的滑模控制器系统稳定性,采用正弦信号数字实现模糊自适应滑模控制,位置跟踪在3 s内误差控制在0.005范围内,速度跟踪在0.4 s内控制在±0.05之内,能够达到满意的精度,系统模糊自适应滑模控制的模糊逼近也能在0.2 s内收敛,证明了三维椭圆振动切削系统采用模糊自适应滑模控制可以实现较强的鲁棒性。     

自适应模糊反演控制在机床永磁同步电机位置控制中的应用

针对机床永磁同步电机外部负载干扰和参数变化敏感,提出了自适应模糊反演控制用于永磁同步电机位置控制。模糊系统估计控制率中的未知非线性,模糊控制器采用自适应和反演构造。与传统反演控制进行了仿真对比,仿真结果表明:提出的控制结构比较简单,在参数不确定和负载力矩干扰的情况下,位置误差集中在一个较小的范围。     

直线电机进给系统摩擦自适应补偿控制

为消除非线性摩擦干扰对直线电机进给系统定位精度的不利影响,提出一种基于LuGre摩擦模型的自适应补偿控制方法。建立直线电机进给系统的动力学方程,并在系统建模中引入基于自适应因子的改进LuGre模型;采用反步设计法的思想,利用李雅普诺夫第二法推导了自适应控制律;最后进行了半物理仿真实验。仿真结果表明:该自适应控制器应用于直线电机进给系统的摩擦补偿是可行的,有效提高了系统的位移定位精度和速度跟踪精度。     

基于自适应扰动和改进趋近律的永磁同步电机滑模调速系统

针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于自适应扰动和新型趋近律的滑模速度控制方法。在趋近律内引入系统状态变量,同时改进趋近律内的数学关系,从而提高系统趋近速度的自适应调节能力,达到提升系统综合性能的目的;利用李雅普诺夫稳定性判据进行反推,对负载转矩进行了自适应估计,使得文中控制策略满足李雅普诺夫稳定判据的同时,降低了外部负载对电机转速的影响。最后,在Simulink环境下将文中控制策略与传统滑模控制策略进行对比。仿真结果表明：采用文中控制方法的系统响应更快、抑制系统抖振的能力更强,此方法能够有效地提高系统的综合性能,实现更稳定的转速控制。     

基于全阶滑模控制的双轮移动机器人跟踪误差研究

针对双轮移动机器人运动轨迹跟踪误差较大的问题,设计了全阶滑模控制器,并对控制输出误差进行仿真验证.建立双轮机器人简图模型,推导出移动机器人动力学方程式.介绍了移动机器人线速度和角速度的控制过程,对传统PI控制器进行改进,设计了全阶滑模控制器.采用李雅普诺夫函数对控制器的稳定性进行了证明,从而得到机器人运动线速度和角速度...     

基于径向基函数神经网络控制的机械臂轨迹误差研究

当前,机械臂关节运动轨迹容易受到外界环境的干扰,导致运动轨迹不稳定,抖动现象特别严重,不能很好地满足轨迹跟踪任务的要求。对此,文中创建机械臂双关节运动简图模型,采用径向基函数(RBF)神经网络自适应控制方法跟踪机械臂关节的运动轨迹。分析了机械臂运动轨迹所产生的误差,设计了机械臂关节神经网络自适应控制器,引用李雅普诺夫函数对控制器的稳定性和收敛性进行了证明。结合具体实例,借助于Matlab软件对机械臂双关节的运动轨迹追踪误差进行仿真。同时,与模糊PID控制的仿真误差进行对比和分析。仿真曲线显示,机械臂关节采用RBF神经网络自适应控制方法,运动轨迹追踪所产生的误差较小,输入力矩的振动幅度相对较小。因此,机械臂关节末端采用RBF神经网络自适应控制器,可以降低运动轨迹的跟踪误差,改善振动现象。     

装载系统机器人化的动力学模型与自适应控制

从控制的观点来看,装载系统代表多变量的、非线性的和复杂的动力学耦合系统。考虑到拉格朗日法建立的二自由度装载系统动力学模型在现实情况中存在不稳定性和建模误差。在J.E SLOTINE提出的自适应控制方法的基础上,构造李雅谱诺夫（Lyapunov）函数,设计自适应控制器,对关节位置和速度进行轨迹跟踪研究,并用Matlab进行仿真。仿真结果表明关节速度稳态误差和位置稳态误差为零,验证了控制器的有效性和可行性。     

钻机平台单通道液压调平支腿的控制分析

由于钻机平台单通道液压支腿控制性能对整个调平系统有影响,提出在钻机平台现有控制方法基础上,对各个液压支腿串联设计单通道控制器,以减少系统调平时间;同时,针对钻机平台单通道液压支腿进行控制器的设计,针对存在的负载干扰不确定性、模型非线性等因素,建立单通道液压支腿非线性仿真模型,设计模糊自适应PID控制器并进行仿真研究。通过Simulink仿真分析,得出在设计的模糊自适应控制作用下,单通道液压支腿能快速跟踪输入信号,相比于常规控制方式,提升了调平支腿对全局控制器输入控制信号的跟踪速度,并将控制误差减小一半,有利于提升整体调平系统的调平速度,为钻机平台调平系统的改进提供了参考。     

基于自适应降阶滑模算法的受约束多机械臂力/位混合控制

针对多机械臂系统末端受环境约束而产生的力/位混合控制问题,提出一种基于自适应降阶滑模算法的受约束多机械臂力/位混合控制方法。通过运用多个坐标系建立受约束多机械臂系统动力学模型,并将位置控制、约束力控制以及内力控制引入同一控制器中。将自适应滑模算法与降阶方法相结合,对动力学模型中的未知扰动进行了补偿。基于李雅普诺夫方法,证明系统的稳定性。经仿真验证,该方法不仅提高了控制器的控制精度和系统的响应速度,同时还能保证约束力误差及内力误差均稳定在极小的范围内。     

基于反推法的机电系统自适应模糊控制

针对参数不确定的机电系统中的位置跟踪控制问题,利用模糊逻辑系统的高斯函数逼近耦合系统中非线性函数,采用反推设计方法实现了永磁电机与机械传动机构的高精度自适应模糊控制,并利用李雅普诺夫函数证明了位置闭环系统的稳定性.通过理论分析以及与传统反推控制方法的仿真结果比较表明,该方案实现了系统的位置跟踪控制,提高了系统的鲁棒性及虚拟函数的动态性能.     

基于状态观测器的空间机器人滑模容错控制北大核心

研究了具有执行器故障的漂浮基空间机器人系统无速度反馈的关节轨迹跟踪控制问题,设计了基于状态观测器的神经网络积分滑模容错控制方案。首先,根据执行器故障类型建立执行器故障的数学模型,并结合拉格朗日法建立了执行器故障的空间机器人系统动力学方程;其次,为实现控制器的无速度反馈,设计了状态观测器对系统速度进行估计,并结合神经网络提高估计精度;再次,根据滑模控制理论设计了积分滑模控制器,通过神经网络补偿执行器故障的影响,并设计自适应律补偿神经网络的估计误差,保证了控制器的连续性与非奇异性,使系统获得良好的轨迹跟踪精度和容错能力;最后,通过李雅普诺夫方法证明了控制方案的稳定性,并通过MATLAB数值仿真运算,验证了控制方案有效性。     

移动式焊接机器人焊缝跟踪控制研究

针对在工业中有广泛应用前景的移动式焊接机器人,建立了机器人数学模型,并根据工作情况,对其进行了简化处理,在此基础上设计了控制器,并用李雅普诺夫直接法证明了该控制器的全局一致收敛性.对于弯曲焊缝跟踪问题,提出采用双线激光视觉传感器检测机器人位置偏差和姿态角偏差的方法,基于姿态角偏差的变化率,在线估计参考角速度的值.仿真和机器人运动试验验证了该控制方法的有效性.     

电液伺服系统的变结构自适应鲁棒跟踪控制研究

针对电液伺服系统的跟踪控制问题,在假设系统模型参数和不确定性界都未知的情况下,提出一种变结构自适应鲁棒控制方案。通过自适应方法来消除系统不确定性对系统控制性能的影响,从而达到良好的跟踪控制要求。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的渐进稳定性。仿真结果证明了该方案的有效性。     

移动机器人建模和未建模扰动环境下的轨迹跟踪控制研究

为解决非完整约束轮式移动机器人(WMR)的质心与几何中心不重合问题,进行移动机器人运动学和动力学建模。详细分析WMR模型的建立过程,并对模型进行仿真,验证所建模型的正确性。针对该模型,设计2种满足李雅普诺夫稳定性条件的控制器,即PID运动学控制器和非线性反馈动力学控制器,并进行了对比实验。实验结果表明:非线性反馈动力学控制器对轨迹跟踪的控制效果比PID运动学控制器好,误差较小。