柔性机械臂运动轨迹的鲁棒自适应控制

本文针对多连杆柔性机械臂的运动轨迹问题，讨论了动力学建模，控制系统结构设计以及鲁棒自适应控制法，运用假设模记方法得到了柔性机械臂动力学所似方程，通过对柔性机械臂动力学特性分析，建立了等价动力学模型，依此提出了一种鲁棒自适应控制算法，并给出仿真研究结果。     

基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制器的双机械臂协同阻抗控制

多机械臂的精准协同控制已成为当前机器人领域的研究难点,为实现双机械臂精准控制,通过建立双机械臂动力学模型,采用时间延时估计简化机械臂动力学模型,在保证控制系统稳定性的前提下,引入自适应模糊滑模控制器实现对估计误差的修正和补偿,设计基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制的双机械臂协同阻抗控制器,实现双机械臂协同操作的末端轨迹控制以及接触力精准控制.最后,将该控制器应用于两台六自由度机械臂仿真平台,实现双臂夹取和搬运同一目标物体的操作,通过与其他控制器进行对比实验,表明所设计的控制器具有响应快、无抖震、精度高的特点.     

基于整体辨识策略的非线性自适应控制方法

针对一类离散时间下的未知动态非线性系统,为解决传统自适应控制方法在交替辨识非线性系统时由于辨识精度低而导致的控制性能差的问题,本文提出了一种基于整体辨识策略的未建模动态补偿的自适应控制方法.利用随机向量函数链接(RVFL)网络的直链与增强结构特性挖掘其与低阶线性模型和高阶未建模动态项的等价对应关系,并融入权值偏差惩罚项,设计了网络模型参数在线更新算法辨识非线性系统参数.根据在线辨识的线性模型参数和未建模动态估计量,采用一步超前最优控制策略设计线性控制器和未建模动态补偿器.数值仿真表明,所提方法优于交替辨识下的非线性自适应控制方法,并通过工业应用的仿真研究验证所提方法在工业上的可用性.最后,对本文控制方法在实际应用中的潜在问题及理论受限条件的放松进行分析和展望.     

基于稀疏学习的连续型机械臂自适应控制器

探讨空间连续型机械臂执行在轨操作任务过程中的自适应轨迹跟踪控制器设计问题.首先,对于具有显著非线性特征的连续型机械臂动力学模型,考虑运动过程中存在的建模误差和外部干扰因素,设计变结构动力学控制器;然后,基于深度强化学习(deep reinforcement learning, DRL)对变结构控制器参数进行在线调整,实时优化控制器性能;最后,提出一种针对强化学习网络稀疏训练方法,训练过程中采用具有随机稀疏拓扑结构的稀疏连接层代替神经网络的全连接层,并以一定概率对连接薄弱的网络进行迭代剪枝,使得DRL的策略网络由初始稀疏拓扑结构演化为无标度网络,在不降低训练精度的基础上压缩网络规模.仿真结果表明,所提出基于强化学习的自适应控制器能够有效地进行连续型机械臂的跟踪控制,通过稀疏学习的方法,控制器在保证控制精度的同时,双隐层网络节点参数量下降99%,大幅降低了计算成本.     

3自由度旋翼飞行机械臂系统动力学建模与预测控制方法

旋翼飞行机械臂(rotorcraft aerial manipulator,RAM)系统是安装在飞行机器人上的可操作型机械臂,悬停模式下执行准确的空中操作时旋翼无人机与所加机械臂之间存在相对扰动,通过分离机械臂与飞行机器人进行动力学建模并不能有效消除这种扰动.本文基于对相互扰动力学作用的分析建立整体动力学模型,并在悬停飞行模式下将其简化为线性控制参考模型.进而对旋翼系统控制延时所引起的动力学扰动进行补偿,同时设计预测控制器来消除末端执行器的位置和姿态误差.最后,在存在内部和外部扰动的情况下,设定销钉插入操作任务进行控制方法的对比仿真.末端执行器位姿偏差的仿真结果表明了模型结构与控制方法的有效性.     

基于模型跟随的神经网络PID飞行控制律设计

为了抑制飞行控制系统的外部扰动和建模误差,应用模型跟随自适应神经网络PID控制方法,进行飞行控制律设计。首先使用RBF神经网络进行飞行系统模型辨识,在线学习系统正向输入输出特性,辨识对象的Jacobian信息;然后应用BP神经网络实时在线调整PID参数,设计自适应神经网络PID控制器,控制飞行状态变量跟随模型输出;最后以F-8飞机纵向飞行控制系统为研究对象进行控制仿真。仿真结果表明,设计的控制器具有很强的自适应和抗干扰能力。     

非线性系统的特征建模与控制方法

本文针对一大批工程实际中经常遇到的非线性系统，为设计低阶控制器，提出了非线性系统的低阶变参数特征模型的原理和方法，论证了所建特征模型与实际对象的等价性。文章介绍了如何根据非线性特征模型设计控制器的基本原则与步骤，文章通过某真空环境温度控制系统的仿真，进一步阐明了这种非线性系统特征建模及其控制的方法，最后给出了利用特征模型进行自适应控制的仿真与实际工程应用的结果。     

基于任务空间的无标定视觉机械臂自适应跟踪控制

针对动力学参数不确定的无标定视觉机械臂系统,研究基于任务空间的自适应控制问题。对于控制器的设计,首先研究机械臂动力学参数不确定情况下基于任务空间的控制问题,然后设计自适应摄像机标定控制器,最后根据任务空间信息和图像空间信息的一致收敛关系统一两部分控制器,设计整个闭环系统控制信号和自适应控制律。实验结果表明了所提出的控制方法的有效性。     

自由漂浮空间机器人末端轨迹优化自适应控制

惯性参数不确定情况下的自由漂浮空间机器人(FFSR)轨迹跟踪控制是当前FFSR自主控制研究的重点与难点之一.针对该问题,提出一种FFSR末端轨迹优化自适应跟踪控制方法.该方法首先基于离散状态依赖黎卡提方程(DSDRE),设计两级DSDRE优化跟踪控制器,然后在控制器输出基础上,通过求解有约束条件下的非线性优化问题实现FFSR惯性参数的辨识,进而根据辨识结果调整控制器相关参数,实现FFSR末端轨迹的优化自适应跟踪控制.最后,采用平面两连杆FFSR模型进行仿真,验证了所提出方法的有效性.     

空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制方法

讨论了载体位置不受控制的漂浮基空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制问题. 对系统的运动学、动力学分析表明, 结合系统动量守恒关系得到的系统动力学方程及协调运动的增广广义Jacobi矩阵可以表示为适当选择的组合惯性参数的线性函数. 以此为基础, 对于系统存在未知参数的情况, 设计了本体姿态与机械臂末端抓手惯性空间轨迹协调运动的自适应控制方案. 上述控制方案的显著优点在于: 不需要测量、反馈飞行器本体的位置、移动速度及移动加速度. 仿真运算, 证实了上述控制方案的有效性.     

具有输入饱和的电液伺服位置系统自适应动态面控制

针对具有非线性、参数不确定性及输入饱和问题的电液伺服位置系统,提出了一种自适应动态面控制器的设计方法.该方法充分考虑饱和特性,利用双曲正切函数和辅助控制信号对系统非线性模型进行等价变换,进而采用动态面方法设计抗饱和控制器.设计过程中引入Nussbaum函数,以补偿输入饱和引起的非线性项.通过构造合适的Lyapunov函数,证明闭环系统的所有信号一致最终有界.仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的跟踪效果,并有效地削弱了输入饱和对系统造成的不良影响.     

Fuzzy dynamic characteristic modeling and adaptive control of nonlinear systems and its application to hypersonic vehicles

In this paper, a fuzzy dynamic characteristic modeling and adaptive control method is proposed for a class of nonlinear systems. By employing fuzzy dynamic characteristic model, the controlled plant is described as a slowly time-varying fuzzy system, wherein the parameters are estimated online by using recursive Least-Squares algorithm. Under this framework, a fuzzy adaptive controller is constructed, and the stability condition of the closed-loop system is also derived. The main advantage of the proposed m...     

多输入–多输出非线性系统的特征模型及在挠性卫星姿态控制中的应用

研究多输入–多输出（MIMO）高阶非仿射非线性系统的特征建模问题.首先证明了MIMO高阶非仿射非线性系统的特征模型可用二阶时变差分方程组描述,并给出了特征模型的建模误差.然后设计了基于特征模型的自适应模糊广义预测控制器,利用Lyapunov方法分析了闭环系统的稳定性.由于控制结构中使用了分层模糊逻辑系统,从而极大减少了模糊规则和可调参数的个数,提高了控制的实时性.通过对挠性卫星姿态控制的仿真研究验证了所给控制方案的有效性,可实现高精度的姿态控制,且该方法具有较强的鲁棒性.     

Dynamic adaptive trajectory tracking control of nonholonomic mobile robots using multiple models approach

This paper presents an approach for the trajectory tracking control of nonholonomic wheeled mobile robots (WMR) by combining one of the existing adaptive control methods and multiple identification models. The overall system includes two types of controllers in the control scheme. A kinematic controller developed by using kinematic model produces the required linear and angular velocities of the robot for tracking a reference trajectory. These required velocities are used to calculate the torques using an adaptive dynamic controller with multiple models. The proposed method uses the multiple models of the WMR for the identification of the dynamic parameters and performs switching between the given models. The models used in the identification are identical, except for the initial estimates of the parameters. By using an adaptive dynamic controller with multiple models of the WMR, enhancement in transient response is obtained. Stability analysis of the overall system is given, and simulation results are presented to demonstrate the effective performance of the adaptive control by using multiple models approach.     

一种改进的紧格式无模型自适应控制方法

针对一类由一般非线性函数描述的离散时间非线性系统,采用等价动态线性化技术,提出一种改进的紧格式无模型自适应控制(iCF-MFAC)方法.iCF-MFAC方法的自适应控制律包含两项:时变比例控制项和时变积分控制项,与只有一项时变积分项的原CF-MFAC方法相比,iCF-MFAC方法具有更好的通用性和灵活性,并能够提供更好的动态控制性能.其次,将iCF-MFAC方法与具有类似控制器结构的基于全格式动态线性化技术的无模型自适应控制方法进行对比分析,在相同控制器参数作用下,iCF-MFAC方法具有更快的输出响应.最后,从理论上证明闭环iCF-MFAC系统的收敛性和稳定性,并分别通过数值仿真和真实实验验证所提出方法的有效性和可行性.     

充液航天器的鲁棒固定时间终端滑模容错控制

本文以三轴稳定充液航天器为研究背景,在其进行姿态机动控制过程中充分考虑了外部未知干扰、参数不确定、执行器故障和控制输入饱和等因素的影响,提出了一种固定时间终端滑模控制策略.动力学建模过程中,利用粘性球摆等效力学模型模拟液体燃料小幅晃动,通过拉格朗日方程推导出航天器的耦合动力学模型.姿态控制器设计过程中,首先构造固定时间滑模面,使其稳定到平衡位置的时间与系统初始状态无关.然后采用固定时间控制理论结合自适应估计算法提出了自适应固定时间容错控制律,其中自适应算法用于估计系统集总扰动的未知上界.所提出的控制策略采用饱和函数克服终端滑模控制方案中存在的奇异性问题,同时保证系统状态快速收敛到固定时间滑模面.根据Lyapunov稳定性理论证明了系统状态能够在固定时间内收敛到原点的较小邻域内.对比的数值仿真方法验证了本文提出控制方法的有效性和鲁棒性.     

神经网络补偿的特征模型控制方法

针对一类未知对象参数的控制问题,设计了一种基于神经网络补偿的特征模型控制方法.利用特征建模思想建立对象的时变差分方程,并在黄金分割自适应控制律的基础上,通过引入一个神经网络监督控制器,对特征模型在动态建模过程中的产生的误差起到前馈补偿作用,进一步改善了系统的动态控制性能;同时在系统受到外扰情况下,利用黄金分割控制律的反...     

Design of adaptive robust guaranteed cost controller for wind power generator

According to the increasing requirement of the wind energy utilization and the dynamic stability in the variable speed variable pitch wind power generation system, a linear parameter varying (LPV) system model is established and a new adaptive robust guaranteed cost controller (AGCC) is proposed in this paper. First, the uncertain parameters of the system are estimated by using the adaptive method, then the estimated uncertain parameters and robust guaranteed cost control method are used to design a state feedback controller. The controller’s feedback gain is obtained by solving a set of linear matrix inequality (LMI) constraints, such that the controller can meet a quadratic performance evaluation criterion. The simulation results show that we can realize the goal of maximum wind energy capture in low wind speed by the optimal torque control and constant power control in high wind speed by variable pitch control with good dynamic characteristics, robustness and the ability of suppressing disturbance.     

基于动态函数连接神经网络的自适应逆控制系统辨识研究

自适应逆控制将系统扰动消除和动态响应性能独立分开控制,其性能的优劣取决于系统对象、逆对象及逆控制器模型辨识精度的高低。文中提出用动态函数连接神经网络来实现自适应逆控制系统对象、逆对象的同时在线建模和逆控制器的离线建模,并将模型参数的辨识转化为空间参数寻优。针对混沌初始化对已收敛种群结构的破坏性,提出用变参数混沌粒子群优化算法对神经网络权值进行全局寻优,通过仿真实验可以看出基于动态函数连接神经网络的建模误差小,辨识精度高;与当前的参考模型自适应控制方法进行对比分析,所提方法能取得较好的扰动消除效果,并能使系统的跟踪响应性能得到提高,从而验证了方法的有效性、可行性。     

非全包裹超空泡航行体建模与姿轨控制

针对非全包裹超空泡航行体动力学特性及相关姿轨控制方法尚不清楚等问题,开展了对非全包裹超空泡航行体姿轨控制研究.首先对航行体进行受力及空泡外形分析,并结合空泡轮廓及动量定理对航行体动力学建模;其次,设计了以空化器及尾部直接侧向力作为控制输入的超空泡航行体反演变结构控制器,并对系统未知参数设计了参数自适应律,对于系统模型中存在的未知干扰项设计了扩展状态观测器(extended state observer,ESO)对其进行估计和补偿;最后,将控制输入中的直接侧向力分为可调与不可调两种情况分别进行分析研究,利用脉宽脉频调制方式(pulse-width pulse-frequency,PWPF)解决直接侧向力不可调的情况下的控制输入调制问题.仿真结果验证了模型的准确性以及控制器对超空泡航行体稳定航行及跟踪控制的有效性.