基于特征融合与IAFSA-SVM的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承振动信号时域特征表征故障信息不全面的问题,提出一种将云特征与时域特征相融合的方法,并对人工鱼群算法进行改进,引入了人工鱼的反向变异机制和感知行为,进行超参数寻优得到IAFSA-SVM故障诊断器。采集不同轴承故障数据集的融合特征输入IAFSA-SVM进行试验,结果表明,融合特征能更全面的表征滚动轴承的不同状态信息,将其作为IAFSA-SVM的输入可以获得更高的分类准确率。     

关节驱动柔性臂非最小相位系统的全局终端滑模控制

研究关节驱动柔性臂这一非最小相位系统的点对点定位与振动抑制问题。基于闭环动力学原理,将伺服反馈约束理论与Rayleigh-Ritz法相结合,建立耦合关节控制器动力特性的柔性臂振动偏微分方程,由此证明柔性臂实现点对点定位的同时进行振动抑制的可行性。采用微分几何输入/输出线性化方法重新定义观测输出,在新坐标系下将原系统分解为输入/输出子系统和内部子系统,并导出零动力学方程。设计一种全局终端滑模控制器,不仅使输入/输出子系统在有限时间内快速收敛至零,而且避免了常规滑模控制的抖振问题,利用极点配置法设计零动态子系统的控制器参数使整个系统Lyapunov稳定,通过数值仿真验证了所设计控制策略的有效性。设计并建立试验平台,试验结果表明仅以关节处的驱动电机为作动器可同时实现柔性臂系统的点对点定位与快速振动抑制。     

基于GA_BP算法的化工设备设计人工时预测

针对目前人工估算人工时预测精度低的问题,提出基于遗传算法优化反向传播神经网络的算法建立人工时预测模型,对化工设备设计人工时进行定量预测.首先对化工设备设计项目的管理流程和设计特点进行分析;然后对用户数据库中的历史项目数据进行统计,并对统计数据进行参数的贡献度和相关性分析,同时结合参数在预测时获取的难易程度,选择出适当的人工时预测模型输入参数;再建立基于反向传播算法的预测模型,并针对反向传播算法的缺陷选择遗传算法优化反向传播神经网络和支持向量机算法进行建模,预测结果表明遗传算法优化反向传播神经网络算法更适合化工设备设计人工时预测.采用基于遗传算法优化反向传播神经网络算法的模型进行了实例预测.     

基于低通滤波器的跳跃机器人滑模控制

针对单关节跳跃机器人的轨迹跟踪、速度跟踪和振动问题,提出一种基于低通滤波器的滑模控制算法。基于Lynapunov算法设计滑模控制律,并对该算法进行了稳定性分析。利用MATLAB对单关节跳跃机器人的控制器进行了动态仿真,仿真结果表明:该算法能够快速地实现单关节跳跃机器人的位置跟踪和速度跟踪,并且相比未加入低通滤波器的单关节跳跃机器人,加入低通滤波器的单关节跳跃机器人能很好地抑制抖振,从而提高了机器人的工作品质。     

基于BP神经网络的轮带系统的变结构控制

采用变结构离散指数趋近律设计出有效的控制律,通过控制张紧臂的状态,从而抑制轮带的横向振动。运用BP神经网络自适应调整控制律的参数,抑制了系统抖振问题。仿真结果表明,基于BP神经网络离散指数趋近律的滑模控制律有效抑制了轮带的横向振动和系统在滑模面的抖振。     

多峰函数优化的免疫云粒子群优化算法

为了尽可能寻找多峰函数的全部极值点及提高寻优精度,提出一种免疫云粒子群优化算法(PPSO)-融合云变异粒子群优化算法(CMPSO)的小波变异克隆选择算法(WMCSA)。PPSO混合算法设置了最大重复搜索代数M,以便尽可能搜索到全部极值点。在每一代重复搜索中,首先,通过引入基于云模型的云变异算子以提高种群的多样性,并使用云变异粒子群优化算法对可行域内的所有极值点进行全局搜索;然后,利用小波变异克隆选择算法对云变异粒子群优化算法搜索到的较优解进行局部搜索以进一步提高解的精度。针对复杂多峰函数的寻优测试表明:在保证收敛速度的同时,PPSO算法的收敛精度和搜索到的极值点数目均得到显著提高。离散混沌系统的应用实例也表明了PPSO算法的有效性。     

平面3-RRR柔性并联机构自激振动智能控制

平面3-RRR柔性并联机构的闭链耦合约束作用导致其奇异性复杂,而机构在逆向雅可比奇异位形附近易发生自激振动,严重影响机构的精度并对其结构造成破坏。为了让并联机构重新恢复正常工作,设计振动主动控制算法对自激振动进行抑制。首先,建立了机构的逆向运动学模型,并基于速度雅可比矩阵获得并联机构的奇异判定条件;其次,在完成自激振动产生机理分析的基础上,对振动加速度信号进行了滤波和移相处理;然后,结合加速度反馈与位置误差补偿,设计了模糊神经网络非线性控制器、反向传播（back propagation,简称BP）神经网络自抗扰控制器;最后,通过振动主动控制实验,验证了2种智能控制算法的有效性。实验结果表明,所设计的2种控制算法能够在保障并联机构位置精度的条件下,对自激振动进行快速且有效的抑制。     

具有负载柔性的液压伺服系统整形滑模控制

针对柔性臂等具有一定结构柔性的负载对液压伺服系统控制性能的影响,提出了一种基于输入整形器和代理滑模控制的复合控制策略。首先,为了克服负载连接刚度所引起的振动对最终控制性能的影响,采用输入整形器对期望信号进行修正;其次,将扰动观测器和代理滑模相结合并根据无源性理论及Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性。该方法一方面可以避免高增益PID控制在跟踪方波等误差变化较大的信号时的超调及振荡等问题;另一方面从理论上取消了不连续符号函数,从而避免了滑模抖振问题。此外,利用基于辅助变量的扰动观测器以及动态面控制可以弥补传统代理滑模控制在扰动抑制方面的不足,并克服状态变量的微分信号对测量噪声的放大作用;基于以上研究,得到一种整形滑模控制方法,并且通过理论及仿真证明了该方法的有效性。     

双机驱动振动系统的麻雀优化滑模同步控制

针对双机驱动振动系统中,直流电机与振动质体机电耦合工况下电机转速难以实现同步的问题,提出了一种基于主从控制结构的双电机麻雀优化滑模同步控制算法。首先,建立了该型振动系统的机电耦合模型,借助拉格朗日方程求解了该型振动系统的运动微分方程;随后,采用主从控制结构,并利用麻雀算法对滑模参数进行了优化,实现了对主电机转速与主从电机相位差的有效控制;最后,搭建了MATLAB/Simulink仿真模型,验证了控制系统的稳定性和控制策略的有效性。研究结果表明：基于主从结构的麻雀优化滑模算法对双机驱动振动系统的同步控制效果好,主电机转速与预设转速之差小于0.5 rad/s,主从电机相位差小于0.1 rad;振动系统x方向位移接近于0 m,y方向运动表现为-0.02 m～0.02 m的弦类往复波动,满足振动机械工作的要求。     

云杂波成像背景的时序多帧投影抑制

为提高空间目标天基实时监视能力,对美国在空间中段实验卫星上搭载的空间目标在轨检测与跟踪信号处理器采用的基于时序多帧投影策略的MTI (Moving Target Indicator)算法进行了深入研究,并提出了一种基于时序差分标准化最大值投影的云杂波背景抑制算法.系统地阐述了时序多帧投影算法的思想与典型投影算子的设计方法;针对云杂波成像场景,对MTI算子提出了两点改进方法,即引入相邻帧差分算子与次序统计量中值估计算子来提高对云杂波成像背景的抑制能力,增强背景抑制算法的稳健性;最后,利用实际获取的云层背景图像数据库,仿真比较了不同投影算法的性能差异及影响算法性能的主要因素.仿真实验结果表明:对于输入信杂比小于2.0的弱小目标图像,本文算法的输出信杂比达到5.8以上,比MTI算法平均提高了1.0左右,有效解决了云杂波成像背景的弱小目标检测问题.     

闭环输入整形器消除多模态柔性系统残留振荡

输入整形技术能抑制柔性系统的残留振荡,但目前多采用开环控制策略,不能消除由于非零初始状态、参数变化、外界干扰和系统非线性等不确定性因素引起的振荡。对输入整形系统提出闭环控制策略,将输入整形器与振动阻尼器相结合共同抑制多模态柔性系统残留振荡。输入整形器阻止操作命令向系统中注入能量,振动阻尼器阻尼掉由于不确定性因素注入系统中的能量,这两个控制器共同作用能有效消除系统残留振荡。与开环输入整形技术相比,有更强的参数鲁棒性和抗外界干扰能力。将这一控制技术用于起重机模拟试验系统,能有效抑制载荷的残留摆动。     

Robust integral variable structure controller and pulse-width pulse-frequency modulated input shaper design for flexible spacecraft with mismatched uncertainty/disturbance

This paper presents a dual-stage control system design method for the flexible spacecraft attitude maneuvering control by use of on–off thrusters and active vibration control by input shaper. In this design approach, attitude control system and vibration suppression were designed separately using lower order model. As a stepping stone, an integral variable structure controller with the assumption of knowing the upper bounds of the mismatched lumped perturbation has been designed which ensures exponential convergence of attitude angle and angular velocity in the presence of bounded uncertainty/disturbances. To reconstruct estimates of the system states for use in a full information variable structure control law, an asymptotic variable structure observer is also employed. In addition, the thruster output is modulated in pulse-width pulse-frequency so that the output profile is similar to the continuous control histories. For actively suppressing the induced vibration, the input shaping technique is used to modify the existing command so that less vibration will be caused by the command itself, which only requires information about the vibration frequency and damping of the closed-loop system. The rationale behind this hybrid control scheme is that the integral variable structure controller can achieve good precision pointing, even in the presence of uncertainties/disturbances, whereas the shaped input attenuator is applied to actively suppress the undesirable vibrations excited by the rapid maneuvers. Simulation results for the spacecraft model show precise attitude control and vibration suppression.     

馈能磁流变半主动悬架模糊滑模控制

为优化悬架减振性能和馈能性能,提出了一种馈能磁流变减振器结构,并设计了相应的半主动悬架模糊滑模控制策略。建立了磁流变减振器力学模型和馈能模型,以及相应的二自由度半主动悬架系统数学模型。针对半主动悬架系统的不确定性,基于混合天地棚阻尼控制系统,设计了滑模变结构控制器。使用饱和函数缓解系统抖振,并运用模糊控制优化滑模控制器。用谐波叠加法生成路面激励输入,分别对被动悬架、基于混合天地棚阻尼控制的半主动悬架以及基于模糊滑模控制的半主动悬架进行对比仿真。结果表明:基于模糊滑模控制的半主动悬架减振性能更好,能耗更小,且有良好的馈能性能,验证了馈能磁流变减振器结构的可行性和模糊滑模控制策略的有效性。     

随机振动机械臂的自适应鲁棒滑模控制

为了解决存在外部不确定随机干扰情况下机械臂的高精度轨迹跟踪问题,提出了一种自适应鲁棒滑模控制方法,并用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的稳定性。采用饱和函数取代控制器中的符号函数,有效消除了控制器的抖振现象。仿真结果证明：与传统的PID控制器相比,提出的自适应鲁棒滑模控制器具有更高的鲁棒性、稳定性和精度。     

多关节机器人反馈线性化双模糊滑模控制

为了提高多关节机器人轨迹跟踪控制性能,提出了一种反馈线性化双模糊滑模控制方法。该方法在对机器人非线性动力学模型反馈线性化的基础上,设计了一种双模糊滑模控制器。通过设计一个模糊控制器,根据跟踪误差和误差变化率自适应地调整滑模面的斜率,从而加快响应速度。通过设计另一个模糊控制器,根据滑模面自适应地调整滑模控制的切换控制部分,从而减弱抖振。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。针对空间三关节机器人进行了仿真实验,结果表明了所提方法的有效性。     

漂浮基柔性关节-柔性臂空间机器人运动非线性滑模控制及双重弹性振动主动抑制

讨论了漂浮基柔性关节-柔性臂空间机器人系统的动力学建模过程、运动控制律设计及关节和臂双重弹性振动的抑制问题。利用动量、动量矩守恒关系和拉格朗日-假设模态法对系统进行动力学分析,并建立系统动力学方程。基于奇异摄动法,将系统分解为三个相互独立的子系统：仅表示系统刚性运动的“刚性关节-刚性臂”慢变子系统、仅表示柔性关节引起的系统弹性振动的“柔性关节-刚性臂”快变子系统和仅表示柔性臂引起的系统弹性振动的“刚性关节-柔性臂”快变子系统。分别针对三个子系统设计适当的控制律,其中非线性滑模控制方法用来实现空间机器人期望运动轨迹的渐近跟踪,速度差值反馈控制器用来抑制柔性关节引起的系统弹性振动,线性二次型最优控制器用来抑制柔性臂引起的系统弹性振动。因此,系统的总控制律为三个子系统的控制律组成的混合控制律。仿真实验证明所提出的混合控制律能够保证系统的控制精度,且能够有效地抑制柔性关节和柔性臂引起的系统弹性振动。     

Research on flexible dynamics of a 6-DOF industrial robot and residual vibration control with a pre-adaptive input shaper

The residual vibration caused by joint flexibility tends to be nonlinear and time-varying due to the complicated dynamics characteristics of 6-DOF industrial robot. To address the time-varying residual vibration problem, this paper proposes a pre-adaptive input shaping method. By simplifying the 6-DOF industrial robot standard flexible dynamics equation, the flexible dynamical parameters can be identified without additional joint encoders or other measuring instrument, while the natural frequency of each joint can also be calculated from the identified dynamical parameters. Then by setting the calculated natural frequency as the initial condition, an iterative learning scheme based on the secant method can be applied to obtain a better natural frequency estimate. Finally, using the iteration results, the input shaper’s parameters can be updated, which makes the shaper adapt to the variation of system parameters. The results of model validation show that the simplified dynamic model can reflect the robot dynamic characteristics accurately. The vibration experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed pre-adaptive input shaper in suppressing the residual vibration.

     

快速终端滑模控制在并联机器人中的应用

针对二自由度冗余驱动并联机器人,提出了并联机器人的快速终端滑模控制(FTSMC)以实现其鲁棒控制,并利用Lyapunov函数证明了该控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制系统跟踪效果好,系统误差小,可以满足并联机器人控制的要求。与采用普通滑模控制相比,该控制系统具有状态响应速度快,系统状态在有限时间内收敛到零的特点。仿真实验证实了该控制策略的正确性和有效性。