LabVIEW环境下的机械臂轨迹跟踪控制算法研究

轨迹跟踪是机械臂控制的最终目的,针对机械臂仿真控制领域文本语言编程复杂、效率低等问题,构建了一种基于LabVIEW的四轴机械臂仿真控制平台,以Dobot机械臂为研究对象,使用Lagrange分析法构建动力学方程,并在LabVIEW中搭建了其仿真模型;还针对PID控制应用于非线性、强耦合、多变量的机器人系统时,其控制效果不理想的问题,设计了一种基于LabVIEW的模糊PID机械臂控制策略。通过LabVIEW仿真实验表明,该方法提高了控制精度,降低了系统的超调量和调节时间,大大缩短了开发周期。     

混凝土泵车臂架EHA系统控制策略研究

针对混凝土泵车臂架系统响应慢、动态性能差等问题，提出了采用电静液执行器(EHA)代替臂架中的传统液压系统，从而提高系统响应速度，减少臂架振动。首先介绍了EHA的工作原理与数学模型，提出了基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制策略，其次利用AMESim与MATLAB软件搭建了混凝土泵车臂架的机械—液压—控制联合仿真模型，通过对臂架油缸伸出和缩回过程的阶跃控制仿真和正弦控制仿真，对比PID控制、模糊PID控制与基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制3种控制策略的仿真结果，结果表明，基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制下系统响应时间减少50%左右，超调量减少67%左右，速度跟踪误差减少50%左右。搭建EHA试验样机进一步验证基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制策略的有效性。     

自适应模糊算法优化的足球机器人轨迹跟踪

为了提高足球机器人在运动控制过程中的轨迹跟踪性能和稳定性,将自适应模糊PID算法用于机器人运动控制环节中,对PID参数进行实时调整。建立足球机器人在场地上的控制系统模型,分析机器人在轨迹跟踪中由驱动方向、角度等时变因素导致的实际轨迹发生偏移的问题,分别在MATLAB-Simulink和SimRobot仿真平台对优化算法的性能进行仿真,同时与传统的PID控制进行对比。实验结果表明,自适应模糊PID算法相比传统的PID控制器在最大跟踪误差和平均跟踪误差方面分别减少20.18%和29.34%,同时提升了系统的稳定性。该控制算法提升了足球机器人的轨迹跟踪性能,满足机器人在运动过程中的动力学和控制要求,易于在工程中应用。     

液压机械无级变速器的变论域模糊PID速比跟踪控制

为提高液压机械无级变速器速比跟踪控制效果,设计了基于量化因子和决策因子伸缩变化的变论域模糊PID控制器。通过分析液压机械无级变速器的速比特性和系统数学模型,建立基于AMESim和MATLAB联合的仿真平台,并通过实验平台验证了仿真模型的正确性。对比了变论域模糊PID和常规模糊PID的仿真效果。仿真结果表明：变论域模糊PID控制器在阶跃信号输入下具有更小的超调量和调整时间,在斜坡和正弦信号输入下速比跟踪误差缩小了约50%,即所设计的变论域模糊PID控制器具有更优的速比跟踪效果和更小的速比跟踪误差,表现出了更优的控制效果和动态品质。研究结果为车辆的最佳燃油经济性和最佳动力性的控制策略提供了理论参考。     

机械臂关节空间轨迹的神经网络滑模跟踪控制

为了提高机械臂对给定轨迹的跟踪精度且削弱滑模控制抖振问题,提出了基于RBF神经网络滑模控制的轨迹跟踪方法。建立了多连杆机械臂系统的运动学和动力学模型。首先忽略由建模误差和系统扰动产生的系统不确定项,建立了全局PID滑模控制器,设计了由等效控制律和切换控制律组成的全局滑模控制律;而后使用单隐含层RBF神经网络逼近系统不确定项,使用神经网络对不确定项的逼近值补偿建模误差和系统扰动,达到提高控制精度的目的。经仿真验证,在机械臂初始位置误差较大的情况下,神经网络滑模控制器的调节时间、超调量、驱动力矩抖振远小于全局PID滑模控制器,证明了神经网络滑模控制器在机械臂轨迹跟踪控制中的有效性。     

基于模糊PID的变幅液压控制系统

针对高空带电机器人作业时出现臂架振动和抖动的问题,设计了基于模糊PID控制器的闭环液压控制系统。以液压缸活塞杆速度的误差和误差变化率为输入变量,经过模糊化、模糊推理、解模糊的方式来动态调节活塞杆的速度,使其达到稳定状态。以高空带电机器人的臂架变幅液压系统为研究对象,通过建立液压平衡回路数学模型得到系统的传递函数,在MATLAB/Simulink环境内搭建模糊PID和经典PID的控制方案仿真模型,并搭建试验平台进一步验证。结果表明:与经典PID控制相比较,模糊PID控制的响应滞后时间由0.55 s降到了0.2 s,缩短了63.6%,最大超调量由0.09 m降到了0.01 m,相对降低了88.9%,稳定时间由2.4 s缩短至0.4 s,相对降低了83.3%;另外实验结果为模糊PID控制下的系统响应滞后时间相对于经典PID缩短了0.2 s,超调量降低了0.032 m,稳定时间缩短了1.7 s,跟仿真结果相一致。实验数据表明,模糊PID控制器有效地解决了臂架振动和抖动问题,提高了臂架运动控制的稳定性。     

存在振动的某机械臂控制研究

针对火炮自动装填系统机械臂的控制问题,建立了整个机械臂的简化模型,并推导存在振动的机械臂的动力学方程,以便在实验室进行研究。使用ADAMS与Matlab机电联合仿真系统对机械臂进行仿真。通过使用传统的PID控制方案和模糊自适应PID控制方案分别对机械臂进行仿真,对2种方案的结果进行对比。结果表明:模糊自适应PID控制的抗干扰能力较强,能够满足存在振动和变负载条件下机械臂的控制。     

直流电机转速系统控制方法仿真研究

直流电机是一种多变量、非线性的复杂系统,为提高直流电机转速系统的动、静态性能,采用了传统PID控制、滞后补偿控制和模糊PID控制三种控制方法。在MATLAB仿真环境中建立直流电机转速系统模型,分别加入PID控制器、滞后控制器和模糊PID控制器,设置参数后,响应曲线达到期望值且得到最优响应。为测试系统的抗干扰能力,分别在PID控制、滞后补偿控制和模糊PID控制系统仿真2 s时加入阶跃扰动,三种控制方法具有抗干扰性,能恢复到期望稳定状态。仿真结果显示,加入三种控制器后,系统的调整时间、超调量减小,稳态误差降低,抗干扰能力得到增强。其中,模糊PID控制比传统PID控制、滞后补偿控制具有更小的调整时间和超调量。由此可见,模糊PID控制对直流电机转速能够达到良好的控制效果,具有一定的参考价值。     

基于模型预测控制的排爆机器人轨迹跟踪算法研究EI北大核心CSCD

排爆机器人在复杂、危险环境下代替人作业拥有非常重要的地位。排爆机器人对期望轨迹的跟踪是避免发生危险最重要的环节。基于模型预测控制算法提出了排爆机器人末端轨迹跟踪算法。给出了机械臂状态空间的离散模型,已知当前时刻位置状态和下一时刻位置输入状态,预测未来某时域内的输出状态;然后根据给定性能指标和约束条件,求解未来一段时域内的输入序列,对实际输出进行反馈校正;最后,采用实验仿真对比测试,验证了该算法的有效实时性,结果表明,基于模型预测控制的机器人末端轨迹跟踪算法具有良好的动态实时跟踪能力,实现了目标轨迹的有效跟踪。     

基于模型预测控制的排爆机器人轨迹跟踪算法研究

排爆机器人在复杂、危险环境下代替人作业拥有非常重要的地位。排爆机器人对期望轨迹的跟踪是避免发生危险最重要的环节。基于模型预测控制算法提出了排爆机器人末端轨迹跟踪算法。给出了机械臂状态空间的离散模型,已知当前时刻位置状态和下一时刻位置输入状态,预测未来某时域内的输出状态;然后根据给定性能指标和约束条件,求解未来一段时域内的输入序列,对实际输出进行反馈校正;最后,采用实验仿真对比测试,验证了该算法的有效实时性,结果表明,基于模型预测控制的机器人末端轨迹跟踪算法具有良好的动态实时跟踪能力,实现了目标轨迹的有效跟踪。     

前馈模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统

针对液压挖掘机在工作过程中大量动臂势能被浪费,提出一种复合速度前馈与模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统。在MATLAB/Simulink中,建立直驱泵控差动缸系统模型,通过试验验证其正确性,在该模型基础上搭建直驱泵控三腔缸系统模型,设计速度前馈模糊PID控制器,建立挖掘机动力学模型,将所提出节能系统应用于挖掘机动臂。通过仿真,对动臂在典型挖掘工况下的运行性能及能耗特性进行分析。结果表明,相比于直驱泵控差动缸系统,所提出系统峰值功率降低25.12%和节能33.11%;同时所设计控制器将位移跟踪误差控制在3%,与传统PID、速度前馈PID相比,响应速度快、超调小、位置跟踪精度更高。     

芯片级PCR仪温度模糊PID控制器设计与仿真

针对一款新型芯片级PCR仪温度智能控制系统,提出了一种基于模糊自整定PID控制算法实现该智能温度控制系统的温度快速跟踪及其控制。文中通过建立二输入三输出的自整定模糊控制器,并与经典PID控制器及其芯片级PCR仪温控系统结合起来,构建了芯片级PCR仪温度模糊PID控制系统仿真模型。仿真结果表明:模糊自整定PID控制器算法相对于普通的PID控制器算法,能大幅度地减小温度的超调量,有效实现芯片级PCR仪温度控制系统温度的精准控制,同时,该算法具有更强的鲁棒性,易于实现。     

液压凿岩机器人机械臂轨迹规划研究

针对液压凿岩机器人机械臂的轨迹规划问题,提出一种液压系统与机械臂轨迹优化相结合的全局功率匹配方法。构建机械臂运动学位姿模型,在关节坐标系内基于三次多项式、五次多项式和带抛物线过渡的线性插值函数等寻优算法进行机械臂轨迹规划。搭建机械臂液压系统运动轨迹跟踪仿真模型,获取仿真环境下多液压缸协同控制的运动规律,根据不同轨迹曲线结合液压系统的各部分变量进行参数合理匹配与控制策略优化,从而进行了液压凿岩机器人机械臂轨迹规划验证。研究结果表明:五次多项式的规划方法能精确跟踪期望的关节运动轨迹,同时满足平稳运动和低耗能的要求。     

四旋翼飞行器的滑模PID轨迹跟踪控制

针对传统PID在四旋翼飞行器轨迹跟踪控制方面存在的精度不高、鲁棒性差等不足,提出了一种滑模PID算法。并根据建立的四旋翼欧拉-庞卡莱动力学模型,设计滑模PID轨迹跟踪控制器。与传统PID算法相比,该算法通过选取PID滑模面,有效地提高系统的响应速度以及抗干扰的能力。通过MATLAB/Simulink,在不同条件下,分别对滑模PID和传统PID算法设计的控制系统进行仿真。仿真结果表明,该算法能够更为精确地跟踪期望轨迹,同时具有响应时间短,超调量小,鲁棒性强等优点。     

基于模糊PID的电液位置伺服系统建模与仿真

针对特种车辆在行驶过程中车身稳定性要求，设计了一种基于模糊PID的电液位置伺服控制系统作为车辆主动悬架的伺服作动器。根据电液位置伺服系统的物理结构和工作特点，推导出系统各个环节的传递函数。利用MATLAB/Simulink仿真分析系统的动态响应与信号跟踪能力，分析闭环系统负载变化时的单位阶跃响应曲线、不同频率下的正弦波输入输出曲线。结果表明，基于PID和模糊PID控制的电液位置系统的单位阶跃响应最大超调量分别为19.5%和0，调节时间分别为251 ms和117 ms。当负载质量变化时，基于PID控制的系统的单位阶跃响应存在明显波动，而模糊PID控制的系统的单位阶跃响应基本没有变化。当分别输入不同频率的正弦波信号时，模糊PID控制的系统的跟踪性能和稳态误差都明显优于PID的控制效果。因此，模糊PID控制下的电液位置伺服系统实现了不同负载质量下的位置控制输出以及不同频率下系统的跟踪性能，满足系统的稳定性与快速性要求。     

异步电动机矢量控制系统中转速控制器的研究

针对异步电动机矢量控制中的转速控制器进行了研究,在异步电动机矢量控制系统中,将传统的转速PID控制器转换为模糊PID控制器,并利用Matlab/Simulink建立仿真模型,通过仿真实验验证了模糊PID控制具有减小转速超调量,提高稳态精度的优点.     

基于VAPID的道路清障车扶正控制研究

为实现道路清障车的自动扶正,对其扶正控制过程进行了研究.首先,提出了扶正策略,建立了扶正模型.然后利用AMESim软件建立其液压系统模型,分别采用变参数PID(VAPID)与常规PID控制算法进行了扶正控制,并在MATLAB/Simulink环境对控制性能进行了仿真分析.仿真结果表明,相对于常规PID控制算法,VAPID控制算法使得系统的阶跃响应更快,基本无超调现象出现,可以实现事故车辆的自动平稳扶正.     

基于柔性加减速的重载运动平台的模糊PID控制

重载运动平台属于大惯量伺服运动系统,并且受到固有非线性摩擦的影响,常规的PID控制受摩擦干扰时控制效果不稳定,精度不高,且容易引起振荡,造成机械损伤,缩短机械结构的使用寿命。同时重载运动系统若直接对目标位置进行跟踪会有过大的超调,更难以保证高精度运动。针对这些情况,提出一种基于柔性加减速的模糊PID控制,对待测点之间的运动选择具有柔性加减速的跟踪轨迹曲线。仿真证明,该方法在提高控制精度的同时大大降低了系统振荡,获得了比常规PID更好的控制效果,有效地改善了系统的性能。     

基于模糊免疫PID控制器的温度控制系统

在工业控制中,温度控制系统是一个具有时变、非线性、滞后、超调量大的系统．常规PID控制器很难达到良好的控制效果。为此分析了常规PID控制器和模糊控制器的特点,根据生物的免疫系统功能,设计了一种模糊免疫PID控制器。仿真结果表明,模糊免疫PID控制器具有良好的控制品质,为工业过程中的温度控制提供了一种方法。     

基因芯片PCR温度模糊自整定PID控制算法的研究

在核酸扩增反应仪中,基因芯片核酸扩增反应过程要求实现温度高精度快速跟踪控制,常规温控方案和算法难以实现.将模糊推理系统与常规PID控制方式相结合,采用模糊自整定PID控制算法实现了温度快速跟踪控制.实验结果表明:模糊自整定PID控制算法比常规PID算法具有更强的鲁棒性,能够克服控制对象热惯性参数时变性的影响,降低了输出温度最大超调量,提高了稳态精度.