电液力伺服系统自适应抗扰控制研究

考虑到电液伺服系统中存有各种非线性因素、不确定干扰以及参数时变,为了提高干扰下电液力伺服系统的控制精度,以电液伺服振动实验台作为控制对象,构建其非线性模型,同时使用参数自适应率对不定参数进行补偿,并在反演控制器中引入滑模控制以降低系统的干扰敏感性,利用Lyapunov理论保证闭环系统的全局稳定。对设计的控制器进行实验,模拟在有未知外部位置干扰下的力控制,提升系统的稳定性。实验结果证明,此控制方法能够有效地提升电液力伺服系统的抗干扰跟踪性能。     

双边遥操作系统二阶滑模控制器设计

一阶滑模控制方法由于需要大的带宽和高频切换信号,以及处理系统的参数不确定和强非线性,在双边遥操作的工程应用中难以推广。针对上述问题,将二阶滑模控制和阻抗控制联合起来,设计了大时延下的控制结构,并利用全维状态观测器对主从手机械臂的加速度、速度进行了观测,实现了双边遥操作系统的鲁棒平滑控制;在此基础上,分析了加入观测器后整个系统的闭环稳定性,给出了稳定性定理,并用李雅普诺夫函数方法进行了证明;最后分两种时延情况对闭环系统进行了仿真。实验结果表明,该方法可以使系统具有了较好的稳定性能。     

基于扰动观测器的时延双边遥操作系统鲁棒阻抗控制

时延以及不确定性等因素容易造成双边遥操作系统操作性能差,甚至不稳定等问题。为了解决这一问题,针对主、从端不同的任务特点,提出一种新的双边遥操作系统控制结构。由于主端在实现力反馈时易受扰动影响,设计一种非线性扰动观测器用于扰动的在线估计并进行补偿;从端采用基于滑模的阻抗控制以保证精确的位置跟踪和与环境的期望交互。利用Liewellyn绝对稳定准则推导出时延下保证系统稳定性的条件以及参数选取依据。在建立的单自由度遥操作系统试验平台上进行了试验研究,结果表明本文所提方法能够在保证系统鲁棒性的条件下有效提高操作性能。     

网络控制系统的鲁棒H∞保成本状态反馈控制

针对有不确定网络诱导时延的网络控制系统,本文研究了鲁棒H∞保成本状态反馈控制律的设计问题。首先通过数学推导将网络诱导时延的不确定性转化为参数的不确定性,然后基于李雅普诺夫稳定性定理,以线性矩阵不等式(LMI)的形式推导出使闭环系统无扰动时鲁棒渐近稳定并具有一定性能的状态反馈控制律的形式,进而在系统有扰动时设计了γ次优鲁棒H∞状态反馈控制律。     

基于时延估计的漂浮基空间机器人鲁棒H_∞关节跟踪控制

讨论了载体姿态和位置均不受控的漂浮基空间机器人的控制问题。针对欠驱动形式的空间机器人系统参数不确定的情况,结合时延估计控制和鲁棒H∞控制的优点,设计了一种基于时延估计的鲁棒H∞控制器来跟踪关节期望轨迹,采用时延估计在线获得系统的未知动力学,并对控制过程加以补偿;通过引入L2增益,控制对时延估计误差的L2干扰抑制,进一步提高系统的鲁棒性;利用Lyapunov函数和Riccati方程保证了闭环系统的渐进稳定性和H∞鲁棒性能。仿真结果验证了该控制方案的有效性。     

超空泡航行体LPV控制设计

超空泡航行体在巡航阶段,只有头部的空化器和后面的尾舵与水接触。空泡的存在使得航行体与外界的相互作用变得十分复杂。首先将非线性滑行力改写成时变参数与状态向量乘积的形式,从而把非线性模型转化为系统矩阵仿射依赖于时变参数的线性系统模型,然后运用线性变参数(Linear Parameter-Varying,LPV)方法设计了控制器。最后利用matlab软件的LMI工具箱解算控制器参数。仿真结果表明,设计的控制器可以使航行体能够准确跟踪给定的控制指令。     

广义预测控制方法在网络遥操作机器人系统中的应用

Internet网络的时变时延及网络数据丢包严重影响了遥操作机器人系统的操作性能,甚至造成系统不稳定.为了解决这一问题,提出一种新的基于Intcrnet的遥操作机器人系统控制结构.通过在主端对给定信息加入时间标签获得过去的系统回路时延,采用多元线性回归算法,预测下一时刻系统回路时延,然后在从端设计一个广义预测控制器控制远端机器人,从而改善时变时延对系统性能的影响.应用广义预测控制器产生的冗余控制信息,降低了网络数据丢包对系统的影响.最后根据预测控制稳定性定理,推导出系统的稳定性条件.仿真试验结果表明,该方法能有效解决时变时延以及网络数据丢包引起的性能下降问题.     

大时延环境下空间机器人的可靠遥操作策略

在分析大时延环境下遥操作特点的基础上,从使用可靠性角度提出一种可靠遥操作的多层策略集。将各可靠遥操作策略分解在数据层、算法层、操作层、策略层以及系统层并分别展开说明,涵盖了大时延环境下的数据交互、空间机器人关节指令序列的嵌套位置/速度规划、操作员与遥操作系统交互、遥操作任务运行流程与应急和遥操作系统监测/在线维护等方面的策略。此外,对可靠遥操作中尚待解决的动作反演、操作引导和共享遥操作技术进行了分析和展望。开展了某不确定大时延环境下的空间机器人遥操作试验,试验的数据分析结果说明不同层次的遥操作可靠性性策略均十分必要,以操作员为对象的可靠性提升策略和设计方法是可靠遥操作技术发展的重要方向。     

面向在轨服务的机器人遥操作双边控制

为解决随机分布时延对双边遥操作系统稳定性的影响,将马尔可夫跳变参数技术应用到时延建模中.首先将遥操作系统的一般方程转化为状态空间描述形式;针对时延的随机分布特征,建立了时延分布的马尔可夫跳变模型;在此基础上,利用线性矩阵不等式方法,构建r系统的时延独立稳定性定理,并用李雅普诺夫函数方法进行了证明;最后,在两种马尔可夫概...     

柔性臂空间机器人基于虚拟力概念的神经网络L2增益鲁棒控制

探讨本体位置不控、姿态受控的漂浮基柔性臂空间机器人系统在惯性参数不确定情况下的动力学建模与控制问题。根据系统位置几何关系、动量守恒关系和第二类拉格朗日方程,由假设模态法,建立漂浮基柔性臂空间机器人的系统动力学模型。利用该模型,针对系统惯性参数不确定情况,提出具有L2扰动抑制的刚性运动神经网络L2增益鲁棒控制策略,以使柔性臂空间机器人的本体姿态到达期望位置的同时,机械臂各关节铰能够协调地跟踪关节空间的期望轨迹。为了主动抑制柔性振动,运用虚拟力的概念,构造同时反映柔性模态和刚性运动轨迹的混合期望轨迹,通过改造原有的控制方案,提出基于虚拟力概念的神经网络L2增益鲁棒控制策略。提出控制器的优点在于,既不要求系统动力学方程关于惯性参数呈线性函数关系,也无须预知系统精确的动力学模型;由于运用了虚拟力的概念,从而仅通过设计一个控制输入便可同时保证刚性轨迹跟踪并对柔性振动进行主动抑制,更适应于空间机器人系统的实际应用。理论分析及仿真算例均表明了控制方法的可行性。     

气动肌肉并联关节的位姿轨迹跟踪控制

针对多输入多输出的气动肌肉并联关节,建立包含任务空间负载动态方程、容腔压力动态方程和高速开关阀平均流量方程的多阶动态系统数学模型。为保证气动肌肉并联关节系统良好动态特性的同时具有高精度的位姿轨迹跟踪,采用基于非连续投影算法的自适应鲁棒控制策略。该策略通过自适应参数估计来消除因气动肌肉并联关节系统动态数学模型的参数未知而引起的较大参数不确定,通过鲁棒反馈来消除因气动肌肉的伸缩力模型误差、摩擦力时变和关节系统的不可知干扰等引起的严重非线性不确定,且控制器基于反推设计,对多输入多输出的多阶耦合动态系统具有很好的适用性。试验结果表明：所研究的气动肌肉并联关节阶跃响应的静态误差小于0.09°,连续轨迹跟踪的标准误差小于0.15°,且具有较强的自适应性和鲁棒性。     

力觉临场感遥操作机器人系统的时延稳定性分析

在力觉临场感遥操作系统中,通讯时延的存在严重影响系统的稳定性,对时延稳定性的分析集中在定常时延,很少述时变时延的情况,本文从分析系统的动力学方程入手,构造适当的Lyapunov V函数,并据此来分析时变时延下系统处于约束运动状态下的稳定性。     

不确定线性系统鲁棒容错控制的研究

研究范数有界参数扰动的不确定线性系统的鲁棒容错控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,针对不确定线性系统存在执行器失效情况,分别应用Riccati不等式和LMI(Linear Matrix Inequation)两种方法给出了闭环系统具有完整性的充分条件.并应用LMI给出了线性不确定系统对执行器失效具有容错性和完整性的设计步骤.     

不确定线性系统鲁棒容错控制的研究

研究范数有界参数扰动的不确定线性系统的鲁棒容错控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,针对不确定线性系统存在执行器失效情况,分别应用Riccati不等式和LMI(Linear Matrix Inequation)两种方法给出了闭环系统具有完整性的充分条件.并应用LMI给出了线性不确定系统对执行器失效具有容错性和完整性的设计步骤.     

非线性支承下磁悬浮转子系统μ综合控制的研究

针对磁悬浮转子系统支承力的非线性和不平衡扰动问题,采用μ综合控制方法对系统进行控制。根据磁悬浮转子系统模型推导出系统状态空间方程,并对其中的非线性支承力进行平衡点线性化,对状态空间方程进行模态分析,得到低阶控制模型,再通过D-K迭代法得到μ综合控制器,并将其应用于非线性支承下的磁悬浮转子系统。结果表明：μ综合控制下的闭环转子系统具有良好的起浮性能和抗干扰性能;与PID控制比较,μ综合控制下转子系统不平衡响应基频幅值和倍频幅值显著降低;系统不平衡扰动和非线性效应得到了抑制。     

仿人手指关节参数识别及滑模控制仿真研究

针对假手智能化水平较低的问题,设计了一种采用直流电机驱动并集成力矩/位置传感器的仿人手指机构,通过对手指基关节的分析,建立了近似的二阶系统模型,以电机电压为输入,关节位置、速度为输出,通过最小二乘法进行参数辨识,确定了系统的状态空间方程。在此基础上设计了滑模变结构控制器,通过对正弦信号的轨迹跟踪仿真表明,控制器具有良好的轨迹跟踪性能。     

柔性关节摩擦和不确定补偿的小波神经——鲁棒复合控制

研究柔性关节的高精度位置跟踪问题。建立柔性关节二阶级联动力方程,并引入非连续摩擦力和干扰项,针对系统存在的柔性与摩擦并存、不确定参数摄动、外部干扰等复杂动力特性,提出一种复合控制策略。全局采用李雅普诺夫函数的Backstepping方法设计具有柔性补偿和L2干扰抑制性能的控制器;同时,针对常规神经网络无法辨识非连续性函数的问题,提出在局部采用小波神经网络对摩擦和不确定项进行补偿。该方法不仅避免了复杂的求导运算,而且无须检测关节角加速度和预知摩擦及不确定上界。闭环稳定性分析和数值试验表明,设计的控制器具有鲁棒稳定性和干扰抑制性能,可保证系统的跟踪误差和网络权值误差一致终值有界,且避免了柔性关节因摩擦引起的爬行和平顶现象。     

无模型机械臂BP神经网络状态观测及反演跟踪控制

针对摩擦阻尼及模型参数不确定的情况,运用反演控制设计策略,针对多连杆机械臂提出了一种基于神经网络观测器的无模型轨迹跟踪控制方法。运用带有修正项的自适应BP神经网络观测器对不可测状态量进行观测,同时对系统模型进行在线逼近。在此基础上设计了基于观测状态和逼近模型的反演跟踪控制器, Lyapunov稳定性理论证明了该控制器能够保证跟踪误差的有界和闭环系统中所有信号的有界。跟踪给定轨迹的仿真实验证明了该方法的有效性。     

基于时延估计技术的漂浮基空间机械臂容错控制

讨论了具有未知参数的漂浮基空间机械臂在发生电机故障时的动力学建模、运动容错控制算法问题。利用Lagrange第二类动力学方程建立了系统在发生故障时的动力学模型。针对该模型,提出了一种基于Backstepping思想与时延估计技术相结合的容错控制方法,并证明了整个闭环控制系统的渐进稳定性。提出的混合控制方法能够有效地解决漂浮基空间机械臂参数不确定及电机故障问题。通过计算机数值仿真,验证了上述控制方案的有效性和可行性。     

基于QFT的开关阀控气动位置伺服系统鲁棒控制

考虑开关阀的滞后特性,建立了高速开关阀控气动位置控制系统的非线性模型,并在原模型的基础上,将系统模型处理为包含滞后环节的数学模型。针对该模型对象参数不确定、摄动量大和负载变化范围大等问题,采用包含小闭环的2自由度控制结构,用定量反馈理论,进行系统的鲁棒稳定性、干扰抑制和跟踪性能设计,设计了具有鲁棒性能的控制器,并且设计了有效的摩擦力补偿器。经过试验验证,系统不仅具有较好的稳定鲁棒性,还具有很好的动态性能和位置精度。