气动肌肉驱动关节轨迹跟踪的自适应鲁棒控制

设计了一种简单、经济的单根肌肉关节驱动上肢外骨骼助力机器人.为解决单根肌肉关节轨迹跟踪控制精度差、抗干扰能力差及颤振严重等问题,基于反步法设计单根肌肉关节伺服系统的自适应鲁棒控制器.该控制器呈两层级联结构,每层均包含一个鲁棒反馈、参数自适应及快速动态补偿项,基于递归最小二乘法和梯度法分别设计参数自适应及快速动态补偿项....     

气动人工肌肉关节的建模与仿真

为降低传统气动系统的成本，设计了气动人工肌肉(PMA)驱动的单自由度(DOF)运动关节系统.在研究PMA和脉宽调制(PWM)高速开关阀特性的基础上，建立了系统的多输入4阶仿射非线性数学模型.仿真分析了系统在不同输入控制量下的静、动态输出特性，并分别研究了摩擦力、负载、气源压力和工作容积4个主要因素对系统特性的影响.仿真结果表明，该系统开环稳定，且不论摩擦力存在与否，系统输入输出都存在着良好的静态线性关系，但静摩擦力影响稳态输出值，增加负载或减小气源压力都将引起系统超调和震荡加剧，而减小PMA内部的工作容积可以提高系统响应.     

气动人工肌肉驱动的类人关节研究

Mckibben气动人工肌肉是一种由气压激励的运动引擎,它可以输出足够的拉力,并具有一定的柔顺性.建立了一个新的机器人肘关节,关节结构由人类肘关节演变而来,由两条对抗设置的Mckibben气动人工肌肉驱动,肌肉对的伸缩运动导致关节旋转;分析和计算了关节角度和人工肌肉收缩长度间的关系,以及最大旋转角的几种可能情形,推导出最大可能旋转角度,讨论了关节结构参数对最大旋转角度的影响,并把该机器人关节和人类关节进行了比较.     

气动人工肌肉伺服平台的建模

为克服传统液压或电气驱动并联平台的不足,提出了将气动人工肌肉应用于并联伺服平台的驱动关节,实现平台位姿控制.通过对平台系统的运动学和动力学分析,结合气动人工肌肉的充气压力-伸缩力-伸缩比三者的关系,建立了气动人工肌肉并联伺服平台位姿控制系统的数学模型,并进行了计算机仿真.仿真结果表明,通过输入一定电压来控制气动人工肌肉的充气压力,可实现伺服平台的二自由度转动,而且系统运动平稳.同时分析了在相同输入电压和初始位姿条件下,不同惯性负载和力矩负载对伺服平台响应速度和稳态位姿的影响.所得模型及仿真分析为气动肌肉系统的高精度控制提供了理论基础.     

气动双体人工肌肉弯曲特性分析

推出了一种气动双体人工肌肉研究了气动双体人工肌肉弯曲特性.对双体人工肌肉单侧驱动时轴线伸长量和端面转角进行了实验和理论分析.根据实验数据得出了经验公式,将理论数据和实验数据进行了对比.该肌肉弯曲动作,能够适应复杂空间物体的表面,适用于仿生领域.     

McKibben型气动人工肌肉建模方法研究

对McKibben型气动人工肌肉的建模方法进行了研究．主要有两种建模方法,一种是能量法,另一种是力平衡法;在理想状态下,利用能量法和力平衡法建立的理想状态下静态模型的结论是相同的;最大编织角由气动人工肌肉的结构和工作机理决定;当考虑了端部约束时,气动人工肌肉输出力会减小,此结论由能量法和力平衡法都可得到证明．本研究对气动人工肌肉精确建模有一定的指导意义．     

气动人工肌肉编织角极值的确定

编织角的极限值直接决定着气动人工肌肉的收缩范围,从理论上来说,编织角的极值分别为θmin=0°和θmax=54.73°,而构成气动人工肌肉的纤维丝是有几何形状的,因而实际的编织角极值就与理论编织角的极值不同.通过推导,得到了实际的编织角极值公式,并对其进行了讨论,给出了实际编织角极值确定方法.     

基于气动人工肌肉机械手的研究

目前机械手普遍使用气缸,虽然可以实现对操作位置和作用力的有效控制,但是气缸响应速度慢,柔顺性差,不适合应用在医疗和福利领域。用柔性执行器气动人工肌肉为新型执行器构建气动人工肌肉机械手系统,特别是多自由度的平台,是气动方向一项新的研究内容。文章在现有研究工作基础上,对气动机械手系统进行研究,对系统的结构、电气路设计进行了详细描述。机械手系统的可行性与有效性得到了实验的证明。     

气动双体人工肌肉结构及力学特性分析

研发了一种气动双体人工肌肉,可实现轴向伸长及两个方向的弯曲.进行了静力学实验研究,搭建了静力学实验台,对双体人工肌肉轴向伸长进行了实验.应用Matlab拟合功能对实验结果分析,得到了双体人工肌肉轴向伸长的经验模型.该经验模型表明双体人工肌肉轴向伸长量可达肌肉本体长度25%.     

智能控制气动人工肌肉座椅减振特性研究

以Mckibben型气动人工肌肉为履带式工程车辆座椅的缓冲执行器,建立了三自由度座椅主动缓冲减振模型;以白噪声模拟路面输入,采用智能BP神经网络PID控制对座椅的减振特性进行研究。并以座椅加速度和位移的最大值、最小值、标准差三项指标进行对比分析。仿真结果表明,在选定的3种工况下,Mckibben型气动人工肌肉缓冲座椅较传统座椅可显著减小路面激励对驾驶员的振动冲击,提高了驾驶员操作舒适性。     

Cross-coupling integral adaptive robust posture control of a pneumatic parallel platform

A pneumatic parallel platform driven by an air cylinder and three circumambient pneumatic muscles was considered. Firstly, a mathematical model of the pneumatic servo system was developed for the MIMO nonlinear model-based controller designed. The pneumatic muscles were controlled by three proportional position valves, and the air cylinder was controlled by a proportional pressure valve. As the forward kinematics of this structure had no analytical solution, the control strategy should be designed in joint space. A cross-coupling integral adaptive robust controller(CCIARC) which combined cross-coupling control strategy and traditional adaptive robust control(ARC) theory was developed by back-stepping method to accomplish trajectory tracking control of the parallel platform. The cross-coupling part of the controller stabilized the length error in joint space as well as the synchronization error, and the adaptive robust control part attenuated the adverse effects of modelling error and disturbance. The force character of the pneumatic muscles was difficult to model precisely, so the on-line recursive least square estimation(RLSE) method was employed to modify the model compensation. The projector mapping method was used to condition the RLSE algorithm to bound the parameters estimated. An integral feedback part was added to the traditional robust function to reduce the negative influence of the slow time-varying characteristic of pneumatic muscles and enhance the ability of trajectory tracking. The stability of the controller designed was proved through Laypunov's theory. Various contrast controllers were designed to testify the newly designed components of the CCIARC. Extensive experiments were conducted to illustrate the performance of the controller.     

永磁同步电机鲁棒自适应位置控制

提出了一种新型的永磁同步电机(PMSM)精确鲁棒位置控制方法.在直接驱动电机控制系统中,负载转矩干扰会直接影响电机的运行.通过使用具有固定增益的负载转矩观测器可以抑制转矩干扰.然而,使用负载转矩观测器还不能精确地确定电机的磁链.为了克服未知参数、转矩干扰和抖振影响,提出了一种无差拍自适应渐进稳定观测器.通过使用李亚普诺夫稳定性定理判定系统的稳定性,确定系统稳定的临界参数.仿真结果表明,本方法能够大大减小由于参数不确定性、转矩干扰和微小抖振所导致的位置误差.     

励磁控制器的抗饱和鲁棒控制研究

发电机励磁控制中,控制器的超调会使调节系统进入强非线性区,影响控制性能.鲁棒控制分析表明,在强干扰下,控制器性能指标越好,越容易进入超调状态.为此,采用增益矩阵反馈抗饱和理论,设计包含抗饱和补偿环节励磁控制器.通过线性矩阵不等式求解,得到满足限幅约束的可行解,从而得到补偿环节的增益矩阵.当控制器过调时,补偿环节会加以修...     

AMT换挡执行机构自适应智能控制策略

针对AMT换挡机械同步过程中换挡执行机构的控制,提出一种自适应智能控制策略。目的是通过双闭环控制(换挡电机电流和同步器位移)使同步器位移紧密跟随目标位移轨迹。考虑到换挡执行机构参数不确定性和动态干扰,加入补偿器控制以接近实际换挡电机特性,补偿器增益由神经网络经由自学习算法训练得到,自学习算法输入为换挡电机实际电流与神经网络预测电流之差。同时,利用模糊自适应控制对同步器位移闭环PI控制器参数进行调整。目标同步器位移轨迹由离线和在线自学习策略及时更新。仿真结果表明:相比于常规PID控制,本文策略跟随目标轨迹精度更高,稳定性更好,响应速度更快。     

Adaptive robust motion trajectory tracking control of pneumatic cylinders

High-accuracy motion trajectory tracking control of a pneumatic cylinder driven by a proportional directional control valve was considered. A mathematical model of the system was developed firstly. Due to the time-varying friction force in the cylinder, unmodeled dynamics, and unknown disturbances, there exist large extent of parametric uncertainties and rather severe uncertain nonlinearities in the pneumatic system. To deal with these uncertainties effectively, an adaptive robust controller was constructed in this work. The proposed controller employs on-line recursive least squares estimation （RLSE） to reduce the extent of parametric uncertainties, and utilizes the sliding mode control method to attenuate the effects of parameter estimation errors, unmodeled dynamics and disturbances. Therefore, a prescribed motion tracking transient performance and final tracking accuracy can be guaranteed. Since the system model uncertainties are unmatched, the recursive backstepping design technology was applied. In order to solve the conflicts between the sliding mode control design and the adaptive control design, the projection mapping was used to condition the RLSE algorithm so that the parameter estimates are kept within a known bounded convex set. Extensive experimental results were presented to illustrate the excellent achievable performance of the proposed controller and performance robustness to the load variation and sudden disturbance.     

考虑摩擦特性的机器人柔性关节鲁棒控制器设计

针对非线性摩擦特性对柔性关节机器人控制性能的影响,提出了采用H∞鲁棒原理设计控制器的方法。采用描述函数方法在频域分析非线性摩擦的描述函数,将非线性摩擦因素表达为相对于名义模型的逆加性不确定性。依据控制性能要求选取合理的控制量、噪声抑制和跟踪误差加权函数,将其转换为LMI最优问题进行求解。时域仿真结果表明:所设计控制器不仅具有鲁棒性能,并且具有快速、准确地跟踪轨迹指令的能力以及抑制干扰的作用。     

具有有界随机噪声对象的鲁棒自校正控制器设计

本文针对具有一致有界随机噪声的被动对象,通过引入死区非线性处理,提出了一种简单有效的鲁棒自校正控制算法,理论分析和仿真结果都证明了该算法具有良好的控制品质。     

电弧炉的间接自适应模糊鲁棒控制

针对三相电弧炉电极调节系统的电极控制问题,设计了自适应模糊鲁棒控制器,给出了模糊鲁棒控制系统的详细设计过程.该方法考虑了跟踪误差和逼近误差对参数自适应律的影响,并对模糊逼近误差和外扰采用H∞补偿控制.仿真结果表明:该控制算法具有较好的动态响应和稳态控制精度,对外界干扰及结构参数不确定性具有很强的鲁棒性.