一种球形机器人高速直线运动的自适应控制方法

具备高速精准运动能力是球形机器人技术发展的重要方向.针对高速运动状态下外界扰动和系统抖振等因素对球形机器人精准直线运行产生的影响,开展面向高速直线运动的分数阶自适应分层积分滑模控制方法的研究.提出面向高速直线运动的球形机器人标准动力学模型并且以此作为控制方法的研究基础,将积分项和分数阶微积分项与分层滑模控制方法相结合,...     

基于曲率控制的球形移动机器人路径跟踪

基于曲率的控制方法,对非完整约束条件下的欠驱动球形机器人进行了路径跟踪问题的研究.建立了非完整约束条件下具有正交的两输入球形机器人的运动学和动力学模型,并通过输入变换得到一个两输入的二阶系统.基于非线性滑模控制方法分别设计了横向姿态控制器和纵向速度控制器.提出了一种曲率控制器,实现了球形机器人的路径跟踪.仿真和实验结果表明,系统的运动状态能够收敛到期望的邻域内,验证了控制方法的有效性.     

永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。     

基于变速趋近律全阶滑模观测器的异步电机无速度传感器控制

针对固定增益滑模观测器(FG-SMO)会导致异步电机(AM)无速度传感器控制系统的转速估计存在较大抖振和收敛速度慢等问题,提出一种变速趋近律的全阶滑模观测器(FOSMO),降低了系统的抖振,减少了转速收敛时间。所提观测器以电流误差为滑模面,设计了定子电流观测器和转子磁链观测器,并引入电流误差信息实现滑模增益的自适应调节。采用李雅普诺夫稳定性理论分析了所提观测器的稳定性,并推导得到转速估计自适应律。最后,在0.75 k W异步电机实验平台上对该算法进行验证。实验结果证明所提方法能够在中低速带额定负载稳定运行,具有良好的稳态性能以及快速的动态性能,且易于工程实现。     

基于扰动观测器的铆接机器人轨迹跟踪控制

为解决铆接机器人工作时外部干扰造成系统抖震大,轨迹跟踪精度较低问题,设计一种扰动观测器与分数阶滑模控制器组合的自适应控制方法。首先,通过引入时延估计策略建立铆接机器人的局部动力学模型,利用扰动观测器实时观测系统模型所受的可见干扰;其次,针对系统产生的抖震问题,设计分数阶滑模面替代传统滑模控制,采用新型趋近律使系统在切换面上能够连续平稳运动,针对系统所受的不可见干扰,设计自适应策略实现对外部干扰的完全补偿;最后,通过Lyapunov函数证明所设计控制器的有效性。以三自由度机器人进行仿真及实体试验,结果表明,相较于分数阶滑模控制,采用该控制器后机器人各关节的追踪误差峰值分别下降了50%,59%和63%,从而验证了该控制器不仅能有效消除系统所受较大干扰产生的抖震问题,而且提高了铆接机器人作业时的鲁棒性和轨迹跟踪精度。     

基于改进ESO的磁悬浮系统模型参考滑模控制

为了提高磁悬浮输送带的稳定性,减小未建模动态和未知外界干扰对磁悬浮系统控制性能的影响,基于改进的扩张状态观测器（extend state observer, ESO）技术,提出了一种模型参考滑模控制与基于改进趋近律的滑模控制相结合的控制策略。首先,对参考模型进行滑模设计,在此基础上根据磁悬浮系统的快速响应和鲁棒性要求,结合幂次趋近律和指数趋近律对传统趋近律进行改进,设计了一种基于新型趋近律的滑模控制;其次,设计了一种新的非线性函数对ESO进行改进,基于改进的ESO对系统的扰动和状态进行观测和估计,将观测结果加入新型滑模控制器以对外界干扰进行补偿,来提高新型滑模控制器的控制性能。仿真结果表明：所设计的控制策略与传统基于指数趋近律的滑模控制相比,磁悬浮系统气隙输出的超调量减小了15.15%,系统具有更高的鲁棒性;与基于改进趋近律的滑模控制方法相比,所提出的控制器可以使系统无抖振,有更好的跟踪性能。在基于改进ESO的模型参考滑模控制下,磁悬浮系统能够稳定运行,具有较好的控制性能。研究结果对磁悬浮输送机输送带的悬浮控制具有一定的参考价值。     

基于改进趋近律滑模控制的钢结构柔性探伤机器人轨迹跟踪

为解决钢结构柔性探伤机器人在轨迹跟踪中存在控制模型复杂、跟踪速度慢和跟踪精度不高的问题,提出一种基于改进趋近律的滑模控制方法。将柔性机器人前后车体作为单独的移动机器人进行运动学分析,通过欧拉-伯努利梁方程求解前后车体与连接钢带之间的运动约束,得出柔性机器人整体运动学模型。在此基础上,通过反演方法设计一种基于改进趋近律的滑模控制器,加快跟踪误差的收敛速度并降低控制系统抖振。基于改进趋近律滑模控制对柔性机器人小车轨迹跟踪进行仿真实验,结果表明,改进趋近律滑模控制方法可以使柔性机器人快速跟踪期望轨迹进行运动,并且具有较好的跟踪精度和稳定性。     

基于幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器复杂动力学行为研究

基于幂次趋近律的滑模控制具有响应速度快、对噪声干扰和参数摄动不敏感等特点,在H桥逆变器的控制中得到广泛应用。然而,滑模控制的H桥逆变器是一种非线性控制的时变非线性系统,必然表现出强的复杂的动力学行为,控制参数和电路参数的选取将影响系统工作的稳定性。分析该系统的工作过程,运用频闪映射法建立系统的一阶离散模型;采用折叠图和频谱图的方法分析了系统在不同控制参数α和k下的复杂动力学行为,发现一种多种倍数的倍周期状态同时存在的特殊分岔现象,并通过分析输出波形峰值和谷值附近采样的分岔图进行了一一验证。运用快变稳定性定理对系统工作的稳定性进行进一步的分析,研究结果为系统控制参数的合理选择提供重要依据。研究发现输入电压E、负载电感L与电阻R等外部电路参数的选取对系统的稳定性能有重要的影响。因此,研究结论对基于幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器的设计和调试提供了可靠的参考,具有一定的理论意义和实际的工程价值。     

一种球形机器人的自适应鲁棒轨迹跟踪控制

针对一种不确定球形移动机器人的轨迹跟踪问题,提出一种基于不确定性上界估计的自适应滑模控制策略。所提出的控制策略无需预知系统不确定性上界值,能够利用自适应机制对不确定性上界进行在线估计。与已有控制方法相比,所提出的控制策略对于系统不确定性具有较好的适应性。分析球形机器人的非完整运动学约束,基于带约束的拉格朗日方程建立系统的动力学模型,并利用零空间法和输入变换对动力学方程进行简化处理。基于所得系统运动模型,采用李亚普诺夫稳定性理论选取滑模控制律和参数自适应率。应用Barbalat引理证明系统滑动面的渐近稳定性,仿真和实验结果表明所提出的控制策略具有良好的鲁棒性和控制性能。     

快反镜系统滑模复合分层干扰观测补偿控制

音圈电机驱动快反镜是高精度光电跟踪系统中的重要组成部分。在运动平台光电跟踪系统中,快反镜系统所受各种内外干扰将更加复杂剧烈,传统的被动干扰抑制方法以及把干扰当作集总干扰处理的主动干扰抑制方法将不足以保证高精度的视轴稳定。因此本文提出一种谐波干扰观测与扩张状态观测结合的滑模复合分层干扰观测补偿控制策略。首先利用谐波干扰观测器对具备先验频率信息的谐波干扰进行观测,然后采用扩张状态观测器对其他未知干扰进行观测,最后基于观测的多源干扰,采用具有抗干扰能力的滑模非线性方法设计复合控制器,最大程度地对系统所受多源干扰进行抑制。实验表明,本文提出的滑模复合分层干扰观测补偿方法与传统的单一干扰观测补偿方法相比,能显著提升快反镜的视轴稳定精度。     

基于路径规划的迷宫移动机器人

基于路径规划的迷宫移动机器人的设计目的是开发一种在迷宫的未知行进环境中，以恰当的搜索策略进行路径搜索来选择正确路线，最终走出迷宫到达预定目标的轮式移动机器人。设计中采用红外传感器实现简单而有效的迷宫路径搜索和路口类型识别。软件分为三个层次来完成不同的功能，并应用了遇到路口“左转优先”的简单优化决策法则。开发的成果为优化、快捷走出更为复杂的路径规划的迷宫提供了可行的方法。     

基于患肢状态观察器的被动康复训练运动控制

针对机器人辅助被动康复训练运动很少考虑训练过程中患肢状态变化的情况,提出了基于患肢状态观察器的被动康复训练运动控制方法.该方法用患肢状态观察器根据位置和速度跟踪误差提取患肢运动特征,运用模糊推理逻辑实时评估患肢物理状态;然后动态规划决策机制根据患肢状态自适应地调整规划运动速度;最后利用位置阻抗控制实现训练运动.定量和定性两类实验结果表明,该方法较传统方法具有更好的跟踪性能和运动平稳性,且能够实现人性化和智能化的康复训练运动.     

基于模糊PID的足球机器人运动控制研究

通过对足球机器人运动学模型的分析,考虑到系统的时滞性、非线性等特点,提出将模糊控制和传统的PID控制相结合的控制方法,应用到足球机器人系统的运动控制中,通过PID控制实现控制的准确性,利用模糊控制提高控制的快速性。详细介绍了足球机器人模糊控制系统的设计过程,并在仿真和基于视觉足球机器人平台上对该算法进行了验证,结果表明了该方法的可行性。     

基于模糊控制的足球机器人底层动作优化

 足球机器人是集成视觉技术、通讯技术、伺服控制技术、决策对象等多种技术的综合系统,是当前人工智能和机器人领域的研究热点之一． 根据足球机器人的运动学模型,考虑到系统的时滞性、非线性等特点,提出模糊控制并优化机器人底层动作的方法． 详细介绍了足球机器人模糊控制系统的设计过程,并通过仿真验证了该方法的可行性．     

基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法

为提高移动机器人在复杂环境下的速度控制精度和适应能力,提出了一种基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法.首先,根据多传感器非线性优化融合理论,通过最小化运动观测残差的方法来构建移动机器人运动状态优化估计模型.然后,对利用单目相机、轮式里程计及惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU...     

基于改进干扰观测器的虚拟轴机床滑模控制研究

圆弧齿轮加工用虚拟轴机床伺服系统存在的不确定性会影响系统的性能,从而降低圆弧齿轮的加工精度;同时,滑模控制中抖动现象会影响控制的精度和稳定性.为提高虚拟轴机床的加工精度和抑制滑模控制中的抖动现象,提出了基于改进观测器的滑模变结构控制算法来控制虚拟轴机床的伺服电机,算法中采用该干扰观测器对系统中的不确定性进行观测,利用饱和函数代替符号函数来抑制滑模控制中的抖动现象.推导了基于改进观测器的滑模变结构控制律,并证明了所设计控制器的稳定性;为验证算法的有效性,在MATLAB中进行了仿真,仿真结果表明:所提出的算法能够有效地观测系统中存在的不确定性因素,并抑制滑模控制中的抖动现象,系统具有较强的位置跟踪性能和抗干扰能力.     

具有扰动观测器的汽车主动悬架滑模控制

基于双横臂悬架的1/4汽车模型,以降低簧载质量振动为目的,提出了具有扰动观测器的滑模控制方法。由1/4汽车模型中簧载质量的受力平衡条件,得到了1/4汽车模型的二阶线性控制系统。在路面激励位移未知时,为了估计二阶线性控制系统输入的扰动力(控制臂的作用力、悬架弹簧力、减振器阻尼力和外界干扰力的总和),给出了基于滑模控制的扰动观测器设计方法。根据扰动观测器的估计值,计算了具有扰动观测器的滑模控制的1/4汽车模型的控制力。当路面激励为阶跃位移时,计算分析了采用无控制、PID控制和滑模控制时1/4汽车模型的簧载质量加速度,结果表明:具有扰动观测器的滑模控制器可以获得更好的控制效果。通过分析不同控制参数和外界干扰力对滑模控制器效果的影响,证明了基于1/4汽车模型的具有扰动观测器的悬架滑模控制设计的有效性。