挖掘机的4自由度自适应模糊滑模控制

为实现挖掘机回转和工作装置的轨迹跟踪控制,建立挖掘机回转和工作装置的4自由度运动学和拉格朗日动力学方程.挖掘机工作装置具有明显的非线性和不确定性特征,并存在外部干扰,所以将滑模变结构理论用于其控制系统.针对滑模控制的抖振可能激活高频动态和破坏控制器部件的缺点,设计自适应模糊滑模控制器.控制规则包括3部分:等效控制、调整控制和切换控制.利用自适应模糊系统输出动态调节切换增益以逼近系统不确定性的上界,将滑模控制的切换项转化为连续的模糊输出,削弱了滑模控制的抖振现象,并且有较强的自适应跟踪能力.针对一个完整的挖掘卸料过程,将所设计的控制器用于仿真试验,给出自适应模糊滑模控制的跟踪性能及控制输入的效果.     

干扰观测器与滑模控制结合的机械臂跟踪控制

为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,提出了干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪控制方法.建立了机械臂动力学模型,设计了机械臂轨迹跟踪控制方案.将机械臂受到的扰动分为可观测部分和不可观测部分,对于可观测部分,设计了干扰观测器用于估计扰动大小,依据扰动观测值对控制力矩进行补偿,主动消除可观测部分扰动的影响;对于不可观测部分,设计了非线性滑模控制器,用于减小不可观测扰动造成的跟踪误差与抖动.经仿真验证,与传统滑模控制和非线性滑模控制相比,干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪误差减小了一个数量级以上,且跟踪速度最快.     

基于干扰观测器的时滞非线性切换系统滑模控制方法

为实现更加精准的时滞非线性切换系统滑模控制,应用干扰观测器设计一种新的系统滑模控制方法。构建时滞非线性切换系统模型,针对系统在发生结构变化时会产生复合干扰变化的情况,设计了一种非线性切换干扰观测器,实施系统不连续干扰的估计。通过 Backstepping 方法结合干扰观测器,设计一种切换滑模控制器,依据标量非线性特性打造一个滑模面,通过滑模控制器算法使时滞非线性切换系统能够满足滑模面的实际可达性条件,完成切换滑模控制器设计,实现系统的滑模控制。对设计的滑模控制方法进行测试,实验中选择的时滞非线性切换系统为一种变后掠翼 NSV 。实验结果表明,该设计方法能够实现较为准确地切入信号跟踪,表现出了很好的切换复合干扰估计性能。     

基于迭代滑模的挖掘机工作装置控制策略

由于挖掘机工作装置具有复杂强耦合非线性和时滞性的特点,并且其在工作过程中存在负载不确定的问题,导致挖掘机的作业效率低、机械磨损大.针对这一问题,采用了一种基于迭代学习控制与滑模控制相结合的控制策略,对挖掘机工作装置各关节轨迹的跟踪控制性能进行了研究.首先,利用拉格朗日力学法,建立了挖掘机工作装置的动力学模型;然后,推导...     

欠驱动AUV基于干扰观测器的滑模控制

为了提高欠驱动自主水下机器人在外部干扰影响下的航向跟踪控制性能,设计一种基于非线性干扰观测器的滑模控制器.有条件地简化欠驱动自治水下机器人的水平面模型,建立简化模型的状态方程;构造非线性干扰观测器,设计基于干扰观测器的滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论确保闭环系统的稳定性.仿真结果表明:存在外界干扰的情况下,基...     

基于干扰观测器的机械臂自适应模糊滑模控制

机械臂在轨迹跟踪控制中存在建模误差和外界干扰等问题。为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,设计了一种基于干扰观测器的机械臂自适应模糊滑模控制策略。首先,使用新型趋近律来减小机械臂滑模控制系统中抖振的影响;其次,采用干扰观测器对机械臂建模误差和外界干扰进行估计,根据干扰观测器的观测值对机械臂的输入力矩进行补偿;最后,对于无法观测的部分,采用模糊系统中的万能逼近原理对未知的干扰进行估计,进一步提高机械臂的轨迹跟踪性能。通过仿真试验表明,该控制策略不仅可以克服建模误差和外界干扰所带来的影响,还可以有效地削弱系统的抖振,保证了机械臂各关节位置跟踪的精度和速度。同时也说明了该控制策略的有正确性和有效性。     

机械臂固定时间观测器和自适应滑膜控制方法的设计

在机械臂轨迹跟踪控制过程中,当利用观测器对模型参数不确定性和外部未知动态扰动进行估计时,估计时间容易受扰动初值的影响,为此基于固定时间扰动观测器设计了一种自适应滑模轨迹跟踪控制方法。利用固定时间观测器的特性,在固定时间内获得机械臂内部模型误差和外部不确定扰动的估计,对扰动估计做出补偿,通过滑模控制策略实现机械臂的轨迹跟踪控制。针对滑模控制伴随抖震的特性,论文对滑模控制器的趋近律进行了抑制抖震的改进设计。通过仿真实验证明:基于固定时间扰动观测器的滑膜控制方法能够在固定时间内准确获取扰动的估计值,能够控制机械臂以高精度跟踪给定轨迹;通过与基于高阶扰动观测器的滑模控制方法进行仿真对比,验证了该方法在消除不确定扰动的基础上,能够有效地抑制系统抖振,并且跟踪误差能够在短时间内以指数速率完成收敛。     

基于线性扩张状态观测器的挖掘机电液系统滑模控制（英文）

无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器（Sliding mode controller based on linear extended state observer, SMC-LESO）。根据铲斗油缸活塞杆位移信号,利用设计的线性扩张状态观测器对系统的速度、加速度及负载扰动和不确定因素进行估计,解决了系统参数难以测量的问题。在此基础上,设计了滑模控制器,并证明了该控制器的Lyapunov稳定性。为进一步验证该控制器的有效性,建立了挖掘机电液比例控制系统的联合仿真模型,并与PID控制器、滑模控制器的轨迹跟踪精度进行对比。仿真结果表明,该控制器可以有效抑制扰动,位移跟踪精度高、鲁棒性强。     

磁悬浮系统的积分滑模自抗扰控制

针对磁悬浮系统存在着非线性、时滞和易受到其它不确定性因素干扰的问题，首先建立了单自由度的磁悬浮系统模型，提出一种基于积分滑模自抗扰的位置控制算法。算法利用扩张状态观测器对悬浮球的位置和未知干扰进行估计，再将估计的位置信息和干扰项用于控制的反馈和控制量的补偿。将积分滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中，设计了积分滑模自抗扰控制器，并根据Lyapunov理论对控制系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明，所设计的积分滑模ADRC控制器实现了对磁悬浮球的位置控制，对系统存在的内外扰动和不确定性具有较强的鲁棒性，同时能对设定位置信息进行跟踪，并有较好的动态特性。     

装载机工作装置轨迹的自适应模糊滑模控制

为实现装载机工作装置的轨迹跟踪控制,建立装载机工作装置的二自由度运动学和拉格朗日动力学方程。装载机工作装置具有明显的非线性和不确定性特征,并存在外部干扰,设计了自适应模糊滑模变结构控制器。利用模糊控制动态调节切换增益,将模糊控制的切换项转化为连续的模糊系统,增强了控制系统对装载机工作装置的不确定性和外界干扰的鲁棒性,削弱了滑模控制的抖振现象。设计过程采用了方法,保证了控制系统的稳定与收敛,仿真结果给出了自适应模糊滑模控制的跟踪性能及误差。     

挖掘机器人的模型与自适应模糊滑模控制

为实现挖掘机器人的自动挖掘,在挖掘机器人的轨迹规划器给出铲斗期望运动轨迹的情况下,需要挖掘机器人的控制系统能够控制其工作装置实现对给定轨迹的准确跟踪.利用拉格朗日方法建立了挖掘机器人工作装置的三自由度动力学方程,设计了自适应模糊滑模变结构控制器.利用模糊控制动态调节切换增益,将滑模控制的切换项转化为连续的模糊系统,增强了控制系统对挖掘机器人工作装置不确定性和外界干扰的鲁棒性,削弱了滑模控制的抖振现象,并且有较强的自适应跟踪能力.利用MATLAB7.4/Simulink工具箱对所设计的控制器进行了仿真,给出了自适应模糊滑模控制的跟踪性能及误差.     

永磁同步电机的模糊滑模控制

为了实现高性能永磁同步电动机伺服系统快速而精确的位置跟踪控制,在滑模控制策略中引入模糊控制算法,设计了基于模糊规则的滑模控制器;并通过理论分析和控制仿真,证实了模糊滑模控制很好地解决了抖振问题,对参数变化和负载扰动具有很好的鲁棒性,永磁同步电机可获得很好的位置跟踪效果。     

An enhanced tracking control of marine surface vessels based on adaptive integral sliding mode control and disturbance observer

In this paper, a new control methodology is developed to enhance the tracking performance of fully actuated surface vessels based on an integrating between an adaptive integral sliding mode control (AISMC) and a disturbance observer (DO). First, an integral sliding mode control (ISMC), in which the backstepping control technique is used as the nominal controller, is designed for the system. The major features, i.e., benefits and drawbacks, of the ISMC are discussed thoroughly. Then, to enhance the tracking performance of the system, an adaptive technique and a new disturbance observer based on sliding mode technique are developed and integrated into the ISMC. The stability of the closed-loop system is proved based on Lyapunov criteria. Computer simulation is performed to illustrate the tracking performance of the proposed controller and compare with the existing controllers for the tracking control of a surface vessel. The simulation results demonstrate the superior performance of the proposed strategy.     

Disturbance observer-based backstepping sliding mode fault-tolerant control for the hydro-turbine governing system with dead-zone input

This paper investigates a backstepping sliding mode fault-tolerant tracking control problem for a hydro-turbine governing system with consideration of external disturbances, actuator faults and dead-zone input. To reduce the effects of the unknown random disturbances, the nonlinear disturbance observer is designed to identify and estimate the disturbance term. To drastically decrease the complexity of stability functions selection and controller design, the recursive processes of the backstepping technique are employed. Additionally, based on the nonlinear disturbance observer and the backstepping technique, the sliding mode fault-tolerant tracking control approach is developed for the hydro-turbine governing system (HTGS). The stability of HTGS is rigorously demonstrated through Lyapunov analysis which is capable to satisfy a tracking control performance. Finally, comprehensive simulation results are presented to illustrate the effectiveness and superiority of the proposed control scheme.     

Sliding mode output feedback control based on tracking error observer with disturbance estimator

For a class of systems who suffers from disturbances, an original output feedback sliding mode control method is presented based on a novel tracking error observer with disturbance estimator. The mathematical models of the systems are not required to be with high accuracy, and the disturbances can be vanishing or nonvanishing, while the bounds of disturbances are unknown. By constructing a differential sliding surface and employing reaching law approach, a sliding mode controller is obtained. On the basis of an extended disturbance estimator, a creative tracking error observer is produced. By using the observation of tracking error and the estimation of disturbance, the sliding mode controller is implementable. It is proved that the disturbance estimation error and tracking observation error are bounded, the sliding surface is reachable and the closed-loop system is robustly stable. The simulations on a servomotor positioning system and a five-degree-of-freedom active magnetic bearings system verify the effect of the proposed method.     

Adaptive sliding mode disturbance rejection control with prescribed performance for robotic manipulators

This study proposes an adaptive sliding mode disturbance rejection control with prescribed performance for robotic manipulators. A transformation with respect to tracking error using certain performance functions is used to ensure the transient and steady-state performances of the trajectory tracking control for robotic manipulators. Using the transformed error, a nonsingular terminal sliding mode surface is proposed. A continuous terminal sliding mode control (SMC) is presented to stabilize the system. To compensate for the uncertainty and external disturbance, a novel sliding mode disturbance observer is proposed. Considering the unknown boundary of the derivative of a lumped disturbance, an adaptive law based on the idea of equivalent control is designed. Combining the adaptive law, continuous nonsingular terminal SMC, and sliding mode disturbance observer, the adaptive sliding mode disturbance rejection control with prescribed performance is developed. Simulations are carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.     

机械臂任务空间鲁棒Terminal滑模控制

不确定性和外部干扰是制约机器人控制精度的主要因素,传统Terminal滑模控制方法未能考虑机械臂运动学不确定性。提出一种新的机械臂任务空间鲁棒连续非奇异Terminal滑模跟踪控制方法。该方法具有较强的鲁棒性,能够有效克服运动学不确定性、动力学不确定性和外部干扰,保证机械臂任务空间跟踪误差有限时间稳定,将现有机械臂Terminal滑模控制方法从关节空间扩展到任务空间。通过模型转换,同时考虑机械臂运动学不确定性和动力学模型不确定性。使用矢量和矩阵范数定义,给出系统不确定性的界定方法。运用Lyapunov再设计方法和有界稳定理论,分析系统稳定性,明确给出系统调节时间和跟踪误差剩余集的估计方法。仿真中,通过与现有机械臂关节空间Terminal滑模跟踪控制方法比较,验证了所提方法的有效性。     

大型装备电液系统高精度鲁棒位置控制

阀控非对称缸电液系统具有参数不确定性和强外部扰动,导致系统鲁棒性和跟踪性能变差,控制难度增加。考虑外部扰动建立系统动态模型,为了提高系统鲁棒性和跟踪精度,提出自适应滑模控制策略,用滑模边界层厚度函数代替符号函数以减小系统颤振,构建扰动观测器来调整切换增益,进一步提高系统稳定性。引入可变边界层厚度函数,抑制变化负载对系统性能的影响。在固定负载和变化负载条件下进行实验验证,结果证明了所提出控制策略的有效性。     

An Integral Sliding Model Tracking Strategy for 3D Laser Beam Position Control

This paper discusses how to improve the tracking precision of a laser beam positioning system by using a new sliding model tracking strategy. A continuous strategy of integral sliding mode control is proposed in order to achieve high-accuracy and high robustness of position tracking control. Modelling deviation and unmeasurable external disturbance is compen-sated for by an integral action term. This scheme can solve the chattering problem without loss of robustness and controaccuracy. The simulation and experimental results show that a laser beam position control system with the integrated sliding mode control (ISMC) has higher robustness, higher global stability, higher tracking precision, and speed than a traditional controller.