基于混合滑模的7DOF机械臂轨迹跟踪控制策略研究

利用传统PID和高阶滑模控制的优势,提出了高阶滑模和PI控制相结合的混合滑模控制算法,并应用于7DOF机械臂伺服电机的实时轨迹跟踪.伺服电机的混合滑模控制是在位置环和速度环采用高阶滑模-PI混合控制算法,电流环采用传统的PID控制算法.分析表明基于高阶混合滑模控制技术的7DOF机械臂伺服电机系统,能有效消除传统滑模控制中的抖振问题,增强了系统鲁棒性,并实现了快速的轨迹跟踪.最后,在一体式控制平台上实验验证了所提出的算法的有效性和实用性.     

基于扩张状态观测器的机电伺服系统饱和补偿与自适应滑模控制

针对带有未知摩擦力矩与输入饱和约束的机电伺服系统,提出了一种基于扩张状态观测器的伺服系统自适应滑模控制策略.首先,根据微分中值定理将非光滑饱和函数转化为仿射形式.其次,设计非线性扩张状态观测器并采用极点配置法确定观测器参数,用于补偿未知摩擦、饱和等非线性项以及外部干扰的影响.然后,通过结合参数自适应律和滑模理论,设计自适应滑模控制器,保证系统输出快速稳定地跟踪期望信号且改善抖振问题.仿真对比结果验证了所提方法的优越性.     

具有半马尔可夫跳跃的时变时滞系统的滑模控制研究

该文研究具有半马尔可夫跳跃的不确定连续时变时滞系统的滑模控制器设计问题.首先,通过研究系统的动力学特性,结合滑模面,建立描述滑模完整动力学的奇异系统.然后,充分考虑时滞信息,构造符合系统特性的Lyapunov泛函,给出滑模面存在的充分条件,保证滑模动力学系统的随机稳定性.基于此,设计滑模控制器,使闭环系统最终收敛到滑模面.最后,通过一个数值算例验证该文方法的有效性.     

基于RBF神经网络的鲁棒因子滑模变结构多自由度机械臂精确跟踪控制研究

针对具有时变干扰的不确定多自由度机械臂,文章设计了基于RBF神经网络的含有鲁棒因子的滑模变结构高精度跟踪控制方法.针对时变干扰,设计鲁棒因子,将其嵌入滑模变结构控制器,克服了时变干扰对系统跟踪性能的影响.将RBF神经网络控制算法结合鲁棒因子滑模变结构控制,估计多自由度机械手臂系统的不确定因素.采用Lyapunov函数方法,证明了系统的稳定性.对比分析了计算力矩法滑模变结构控制方法,仿真结果证明,基于RBF神经网络的鲁棒因子滑模控制,针对具有时变干扰的含有不确定因素的多自由度机械手臂系统,具有较为精确的跟踪性能.     

基于组合智能控制的柔性臂微机控制系统研究

针对难以控制的柔性机械臂，设计了强鲁棒性、强自适应能力的模糊滑模控制策略；并针对控制对象与控制算法的复杂性，设计了基于DSP＋FPGA的控制系统，保证了系统的实时性和精确度。     

具有外部扰动的空间刚性机械臂姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制算法设计

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间刚性机械臂,载体姿态与末端爪手协调运动的控制算法设计问题．结合系统动量守恒关系及Lagrange方法,建立了漂浮基空间刚性机械臂完全能控形式的系统动力学方程及运动Jacobi关系,并将其转化为状态空间形式的系统控制方程．以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基空间刚性机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制方案．提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性．此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒性和稳定性．平面两杆空间刚性机械臂的系统数值仿真,证实了方法的有效性．     

机械臂系统的自适应跟踪控制

考虑一类非线性机械臂系统的跟踪控制.该系统包含未知的定常参数和多个未知的周期时变参数.提出了一种新的自适应跟踪控制方法,该方法能保证闭环系统的所有信号有界,且跟踪误差趋于零.     

移动机械臂的层级聚合建模方法研究

移动机械臂因机械臂在动态作业过程中的耦合效应会影响移动平台的运动特性，增加了整个系统的复杂度和非线性，给系统建模带来了极大挑战.为此提出了一种新的层级聚合建模方法.该方法依据分析力学中Udwadia-Kalaba(U-K)理论的层级属性，首先将移动机械臂划分为3个子系统，并分别利用Lagrange方程建立各自的无约束动力学模型，然后基于移动机械臂机械结构上的约束利用Udwadia-Kalaba基本方程(UKE)建立整体系统模型.此外，针对系统存在初始条件偏差的情况，利用基于Lyapunov稳定性理论来补偿初始条件偏差，以达到收敛理想轨迹的目的.仿真结果验证了该文所提出的建模方法的可行性.     

不同维分数阶混沌系统的自适应模糊滑模有限时间同步控制

针对不同维分数阶混沌系统的有限时间同步问题,提出了一个分数阶自适应模糊滑模控制方案。为增加同步误差的收敛速度,本文提出了一种新型的积分滑模面,并利用模糊逻辑系统结合分数阶自适应律估计理想控制器的未知部分。基于分数阶Lyapunov稳定性理论,设计了分数阶模糊滑模同步控制器,可使不同维分数阶混沌系统的同步误差在有限时间内达到滑模面。最后,数值仿真的结果验证了本文方法的有效性。     

卫星姿态跟踪的间接自适应模糊预测控制

对含模型不确定性和未知干扰的卫星姿态系统提出了具有间接自适应模糊补偿的广义预测跟踪控制方法. 首先基于卫星姿态动力学模型设计了非线性广义预测控制律, 再利用自适应模糊系统逼近预测控制律中的模型不确定项, 使得所得到的预测控制算法可实施.证明了当卫星姿态模型中不确定项满足一定条件时, 所设计的控制律可使卫星姿态跟踪误差收敛到原点的小邻域内,并仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于扰动补偿趋近律的非匹配离散广义准滑模控制

研究了非匹配不确定离散广义系统准滑模控制策略的综合问题.给出了具有前级状态向量的动态切换函数,使得系统能够在切换带内稳定.设计了两种带有扰动补偿的离散广义趋近律,消除了常规滑模控制策略中不确定项必须有界的限制,且不必满足匹配条件.给出了系统准滑动模态保持逐步穿越切换面的必要条件,减小了准滑动模态切换带的带宽.所设计的滑模控制器在有限时间内可达切换面,削弱了系统抖振,有效地改善了系统动态品质.最后,数值算例验证了该控制策略的可行性.     

永磁同步电动机的转速跟踪控制

研究永磁同步电动机的转速控制问题.对于参数不确定,输出受限的永磁同步电动机系统,提出转速跟踪控制方法.利用神经网络逼近电动机系统中的复杂非线性函数,采用自适应控制,动态面控制技术,设计控制器实现电动机的转速跟踪控制器.文中提出的控制策略不仅能够克服电机参数的不确定性和负载扰动,而且避免了传统反步设计方法存在的"复杂性爆炸"问题.基于Lyapunov稳定性理论,证明闭环系统具有半全局稳定性,转速跟踪误差收敛于原点的极小邻域内.仿真结果验证了所提控制方法的有效性.     

基于扩张状态观测器的轮式移动机器人抗饱和自适应滑模轨迹跟踪控制

针对带有输入饱和约束的轮式移动机器人鲁棒轨迹跟踪问题,文章提出一种抗饱和自适应滑模控制方法.考虑到系统参数摄动和外部扰动等不确定因素对系统控制性能的影响,首先设计非线性扩张状态观测器来估计系统不确定因素,并基于估计值设计抗饱和自适应滑模控制器,消除系统的参数摄动、外部扰动和输入饱和约束对系统控制性能的影响.仿真对比结果验证了文章所提控制方法的优越性和有效性.     

Adaptive Constrained Control of Unknown Strict Feedback Nonlinear Systems With Dead Zone Input北大核心CSCD

研究了具有死区输入的预设约束未知高阶严格反馈非线性系统的控制问题,提出了一种基于免疫函数的自抗扰预设漏斗约束自适应控制策略。首先,针对系统内部的未知问题,采用免疫函数与扩张状态观测器结合对系统内部未知项进行观测;其次,通过Lyapunov方法与漏斗控制相结合设计控制器,使得跟踪误差能够维持在预先设定的漏斗约束范围内;同时,利用双曲正切函数速率变化快这一特性设计自适应控制律,引入指令滤波器避免反步法中重复求导问题,分析证明了闭环系统所有信号的有界性。仿真实例表明了控制方法的有效性。     

Delta算子框架下混沌系统的自适应滑模控制北大核心CSCD

针对DoS攻击和网络故障下的非线性耦合混沌系统,提出了一种Delta算子框架下自适应滑模控制方法.首先,对连续时间和离散时间的非线性耦合混沌系统,依据Delta算子理论,建立Delta算子框架下的统一模型.其次,对提出的Delta算子框架下的非线性混沌系统设计线性滑模面,并利用线性矩阵不等式方法给出滑模面存在的充分条件.再次,对上述系统提出自适应滑模控制器的设计方法,使之能够快速到达滑模面,实现在DoS攻击和网络故障下的非线性耦合混沌系统的鲁棒镇定.最后,仿真算例结果表明在所设计的自适应滑模控制器下,非线性耦合混沌系统状态稳定,并渐近趋向于零,说明了所提方法的可行性和有效性.     

非最小相位高超声速飞行器自适应动态面控制

研究存在参数不确定和非最小相位特性的吸气式高超声速飞行器的控制律设计问题.通过深入分析被控对象的动力学特点,提出了一种新型设计思想.将系统分为速度子系统和俯仰动力学子系统分别进行设计.针对速度子系统,设计自适应动态逆控制;针对非最小相位俯仰动力学子系统,设计高增益自适应动态面控制.稳定性分析表明,系统的跟踪误差是一致最终有界的,其它状态是有界的.最后的数值仿真验证了该方法的有效性.     

未知死区输入高阶关联大系统的全局稳定分散控制

针对一类具有未知非线性死区输入的高阶关联大系统,设计了一种新的分散控制方法。该方法基于模糊滑模控制原理,确保所设计的分散控制器能使各个子系统仅根据自己的信息就能确定相应的控制量,真正实现分散控制。Lyapunov稳定理论分析证明了闭环系统的全局稳定性,跟踪误差收敛到零,并且给出了全局一致终结有界的相关界。仿真结果表明了所设计方法的有效性。     

基于奇异摄动的柔性关节机械臂约束跟随控制研究北大核心CSCD

针对二连杆柔性关节机械臂,提出了一种基于奇异摄动理论和Udwadia-Kalaba(U-K)方法的控制方法.设计步骤主要分为两步:第一,基于奇异摄动法对系统进行降阶,把系统拆分为快、慢系统,不仅降低了求解系统的阶次,而且克服了系统柔性;第二,基于U-K方法设计了快、慢系统的状态反馈约束跟随控制律,能使快、慢系统约束跟随误差收敛到零,即使系统初始不满足约束条件,该方法不需要借助Lagrange乘子和伪广义速度等辅助变量,可以同时处理完整约束和非完整约束.将以上方法运用在二连杆柔性关节机械臂系统中,解决了二连杆柔性关节机械臂的柔性振荡和约束跟随的问题.使用MATLAB进行仿真,并且与传统PID控制进行了对比,验证了所提出的方法的有效性与优越性.     

永磁同步电机复合型变阶次积分滑模控制研究

基于永磁同步电动机(PMSM)的数学模型和状态方程,为提高其位置控制的动态响应性能和鲁棒性,提出一种含有整数阶积分以及分数阶积分的复合型非线性滑模面,并设计了相应的位置滑模控制算法,其中分数阶积分项的阶次采用模糊推理原则获得.在控制律输出中加入滑模面的分数阶积分项作为前馈补偿,进一步增强了抑制负载扰动及削弱系统抖振的能力.通过Lyapunov定理证明了所设计的复合积分滑模控制方法的稳定性.对所提控制方法进行模型搭建和数值仿真,仿真结果证明了所提方法的鲁棒性和有效性.     

一类死区非线性输入系统的自适应模糊控制

针对一类具有死区非线性输入的非线性系统,基于滑模控制的基本原理,利用II型模糊逻辑系统对未知函数进行在线逼近,提出了一种具有监督器的自适应模糊滑模控制方法。该方法通过监督控制器保证闭环系统所有信号有界,并通过引入最优逼近误差的自适应补偿项来消除建模误差的影响。通过理论分析,证明了跟踪误差收敛到零。