机械臂协调操作柔性负载自适应模糊滑模控制

基于奇异摄动理论研究了机械臂协调操作柔性负载系统有限元模型的分解及控制问题。通过双时标变换将复杂的协调系统动力学模型分解成慢变子系统和快变子系统。针对慢变子系统,在其存在不确定性上界未知的情况下,设计了自适应模糊滑模控制器,以完成系统的轨迹跟踪性能;针对快变子系统,考虑到系统参数摄动等影响,设计了鲁棒最优控制器,以抑制系统的弹性振动。仿真结果验证了所设计控制方法的有效性。     

单杆柔性臂的动态切换滑模-最优混合控制

针对单连杆柔性臂的点对点定位问题,提出了动态滑模控制与最优控制相结合的混合控制方法.利用奇异摄动法将柔性臂系统分为慢变和快变2个子系统,并分别设计控制器;对慢变子系统采用基于动态切换函数的动态滑模控制.该方法考虑到了执行机构的动态特性,可以消除控制输入的抖振.快变子系统经变换后呈线性系统,故采用简单的最优控制即可快速有效地抑制振动.数值仿真结果表明,该方法不仅有效地降低了滑模控制所固有的抖振,而且能实现柔性臂的精确定位和振动抑制.     

滑模变结构控制在磁悬浮转子系统中的应用

针对主动磁悬浮转子系统的本质不稳定性、非线性和参数不确定性,根据滑模到达条件,为磁悬浮转子系统设计了滑模变结构控制器.基于某磁悬浮转子系统,仿真分析了采用PID控制和滑模变结构控制下系统的阶跃激励信号响应,结果表明,采用滑模变结构控制时系统具有良好的动态性能、较强的鲁棒性和抑制转子振动的能力.     

双连杆柔性机械臂的奇异摄动控制

本文中采用奇异摄动方法将双连杆柔性机械臂系统分解为慢变和快变两个子系统，分别采用滑模控制方法和极点配置方法设计慢变和快变子系统的控制器，并进行了数值仿真。     

基于奇异摄动分解的固定翼无人机抗扰动滑模控制

为了提高固定翼无人机的飞行控制精度,减少系统动态耦合和外界干扰对固定翼无人机飞行控制系统性能的影响,建立了固定翼无人机的奇异摄动模型,在此基础上提出基于干扰观测器的滑模控制方法.首先对固定翼无人机的速度和姿态进行动力学建模,将固定翼无人机的动力学模型转换为奇异摄动模型,再对奇异摄动模型进行快慢分解完成解耦,得到两个降阶非耦合子系统,即以角速度为快变量的快子系统和以速度、姿态为慢变量的慢子系统,分别对角速度回路和速度、姿态回路设计基于干扰观测器的滑模控制器.最后,采用Simulink仿真验证了基于快、慢分解的固定翼无人机滑模控制方法的可行性和有效性.     

柔性机械臂变结构跟踪控制及柔性振动抑制

柔性机械臂具有质量轻、速度快和负载大的特点,针对柔性机械臂轨迹跟踪与弹性振动抑制问题,基于奇异摄动理论和两种时间尺度的假设,将柔性机械臂系统分解为代表大范围刚体运动的慢变子系统和代表柔性振动的快变子系统.对于慢变子系统采用变结构控制来实现关节轨迹的跟踪,而快变子系统则采用最优控制方法来对柔性杆振动进行主动抑制.仿真实验结果表明,该控制方法不仅能够保证系统刚性运动轨迹的精确跟踪,并能有效抑制柔性杆件的弹性振动.     

机械臂协调操作柔性负载鲁棒神经网络控制

针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振动的快变子系统.基于反演思想在慢变子系统中设计鲁棒神经网络控制策略,实现系统轨迹跟踪性能;针对快变子系统,设计鲁棒最优控制策略抑制系统的弹性振动.仿真研究结果表明,该控制策略增强了系统的跟踪性能和鲁棒性.     

双连杆柔性臂自适应模糊滑模控制

为使控制系统在负载和杆长变化时仍能快速、准确地跟踪期望轨迹,基于奇异摄动模型将双连杆柔性臂系统分解为慢变、快变2个子系统,提出了一种慢变子系统采用自适应模糊滑模控制、快变子系统采用最优控制的混合控制方法。其中自适应算法在线估计未知参数,模糊控制用来抑制由滑模控制引起的振动。仿真结果表明,该方法不仅能实现柔性臂轨迹的快速、准确跟踪,而且能有效地抑制弹性振动,并且对系统参数的变化具有较强的鲁棒性。该方法的特点是对系统中各个等效的摄动参数分别进行自适应估计和补偿,因而控制算法简单,易于工程实现。     

柔性机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制

对多连杆柔性机械臂的轨迹跟踪控制提出了一种鲁棒控制方法。基于奇异摄动法将多连杆柔性机械臂系统分离为慢变和快变两个子系统，对两者分别采用滑模变结构控制和Ｈ∞控制，由此得出的组合控制使系统精确跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动，并且使由非线性机械结构引起的结构不确定性和由弹性变形引起的非结构不确定性及外扰具有较强的鲁棒性。最后通过仿真实验说明其有效性。     

柔性机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制

对多连杆性机械臂的轨迹跟踪控制提出了一种鲁棒控制方法，基于奇异摄动法将多连柔性机械臂系统分离为慢变和快变两个子系统，对两者分别采用滑模变结构控制和Ｈ＾∞控制，由此得出的组合控制使系统精确跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动，并且使由非线性机械结构引起的结构不确定性和由弹性变形引起的非结构不确定性及外扰具有较强的鲁棒性，最后通过仿真实验说明其有效性。     

一类不确定性二阶振动系统的自适应滑模控制

针对一类典型的二阶振动系统,基于滑模控制理论研究了系统的控制问题。考虑系统存在不确定性的情况下,考虑不确定性上界已知和未知,分别设计了滑模控制器和自适应滑模控制器,并引入模糊控制消除滑模抖振的影响。最后通过仿真试验研究,验证了所设计控制方法的有效性。     

Anti-Dead-Zone Integral Sliding Control and Active Vibration Suppression of a Free-floating Space Robot with Elastic Base and Flexible Links

Under the conditions of joint torque output dead-zone and external disturbance, the trajectory tracking and vibration suppression for a free-floating space robot (FFSR) system with elastic base and flexible links were discussed. First, using the Lagrange equation of the second kind, the dynamic model of the system was derived. Second, utilizing singular perturbation theory, a slow subsystem describing the rigid motion and a fast subsystem corresponding to flexible vibration were obtained. For the slow subsystem, when the width of dead-zone is uncertain, a dead-zone pre-compensator was designed to eliminate the impact of joint torque output dead-zone, and an integral sliding mode neural network control was proposed. The integral sliding mode term can reduce the steady state error. For the fast subsystem, an optimal linear quadratic regulator(LQR) controller was adopted to damp out the vibration of the flexible links and elastic base simultaneously. Finally, computer simulations show the effectiveness of the compound control method.     

基于遗传算法的柔性机械手高阶终端滑模控制

针对双臂柔性机械手控制系统,提出了一种基于遗传算法的高阶终端滑模控制方法,以解决其非最小相位控制问题,实现末端位移控制。基于输出重定义方法,通过输入输出线性化,将系统分解为输入输出子系统和内部子系统,在此基础上,结合高阶滑模和终端滑模的控制思想设计输入输出子系统控制器,利用遗传算法优化内部子系统参数,以保证两个子系统稳定,同时削弱抖振对柔性模态的影响,提高末端位移控制精度。仿真结果证明了所提方法的有效性。     

负载不确定的柔性机械臂自适应自抗扰控制

为解决末端具有不确定负载的柔性机械臂的位置控制问题,设计了自适应自抗扰控制器.采用奇异摄动理论将多柔性连杆机械臂动力学系统分解为快时标和慢时标两个子系统.针对快时标子系统设计线性二次型控制器,用于快速抑制柔性连杆的振动,将快时标状态变量转移到慢流形上;针对慢时标子系统,设计自抗扰控制器,用于跟踪期望角度.针对末端负载的不确定性,采用迭代最小二乘算法估计末端负载的质量,并在自抗扰控制器中进行补偿.结果表明:末端负载的不确定量达到预估负载质量的200%时,在15 rad/s范围内,角度控制的均方差0.08 rad,明显优于不对末端负载进行补偿的情况.在末端负载和机械臂运动速度都发生变化时,所提出的自适应自抗扰控制器具有一定的鲁棒性.     

基于模态空间的建筑结构滑模控制研究

为了减少建筑结构滑模控制系统的在线计算量,保证其控制效果.基于模态空间的相关理论,采用仅控制少量模态的滑模控制方法对地震作用下建筑结构的振动控制问题进行了研究.给出了确定切换面的方法,并基于指数趋近律设计了相应的控制律.以一个多层剪切型建筑结构模型为例来验证控制方法的有效性,算例数值分析结果表明,所提出的滑模控制方法,控制效果明显,能有效地减小结构的地震峰值响应,且有效地降低了控制系统的在线计算量.     

Combined Control Allocation and Sliding Mode Control in the Dynamic Control of a Vehicle with Eight In-Wheel Motors

An eight wheel independently driving steering (8WIDBS) electric vehicle is studied in this paper. The vehicle is equipped with eight in-wheel motors and a steer-by-wire system. A hierarchically coordinated vehicle dynamic control (HCVDC) system, including a high-level vehicle motion controller, a control allocation, an inverse tire model and a lower-level slip/slip angle controller, is proposed for the over-actuated vehicle system. The high-level sliding mode vehicle motion controller is designed to produce desired total forces and yaw moment, distributed to longitudinal and lateral forces of each tire by an advanced control allocation method. And the slip controller is designed to use a sliding mode control method to follow the desired slip ratios by manipulating the corresponding in-wheel motor torques. Evaluation of the overall system is accomplished by sine maneuver simulation. Simulation results confirm that the proposed control system can coordinate among the redundant and constrained actuators to achieve the vehicle dynamic control task and improve the vehicle stability.