带有前馈和神经网络补偿的机械手系统轨迹跟踪控制

针对机械手系统的轨迹跟踪控制,提出一种带有前馈和神经网络补偿的机械手控制策略,该控制策略由比例微分(proportional-derivative,PD)控制器、前馈补偿器和神经网络补偿器组成。首先通过实验数据辨识出机械手系统的近似线性模型,并基于此线性模型设计PD控制器的参数和前馈补偿器,采用神经网络来补偿近似模型与实际模型的偏差。该方法不需要建立机械手系统复杂的动力学模型,仅需要系统的输入输出数据,既保留PD控制器的优势,又保证了系统的控制性能。最后,在机械手平台上进行物理实验研究,实验结果表明:所提的控制策略实现简单,同时保证了系统的控制精确度。     

基于改进遗传算法的机器人轨迹跟踪

机器人系统具有很强的藕合性和不确定性,外部扰动大。因此机器人系统的跟踪精度较低。为了提高跟踪精度,提出了了一种基于改进遗传算法的机器人高精度轨迹跟踪策略。首先分析了机器人中的二自由度机械臂的动力模型、然后在基础上利用改进遗传算法对机器人路径跟踪进行优化控制,最后搭建机器人轨迹跟踪的仿真平台对本设计方法进行仿真,仿真结果说明通过改进的遗传算法可以大幅提高机器人的轨迹跟踪精度。     

双连杆柔性臂轨迹跟踪控制

研究了在垂直平面内双连杆柔性机械臂的轨迹跟踪控制问题。基于假设模态法，导出了双连杆柔性机械臂系统的动力学方程，给出了轨迹跟踪控制的补偿控制方法。设计了以微机为核心的柔性臂系统实验台。最后，通过实验台对提出的控制方法进行了实验研究。     

基于动态模板匹配的空中运动目标检测与跟踪控制

提出了一种基于动态模板更新匹配的空中运动目标检测与跟踪控制方法。在构建的目标跟踪系统平台基础上,采用模板匹配算法获得目标的位置信息,进而获取目标形心与视场中心的偏差信息以完成空中运动目标的跟踪控制。同时,为提高系统的实时性能,提出了一种基于最小二乘线性和平方预测结合的综合位置预测方法来预测目标的运动轨迹。实验结果表明,系统能够实现对运动目标进行实时稳定的识别与跟踪。     

基于电流分配系数自适应修正的平面电机解耦控制

对于模型参数具有不确定性的平面电机运动系统,电流分配策略是引起其多自由度耦合行为的本质.但现有解耦控制的研究主要集中于各运动自由度控制算法的设计,没有从电流分配的物理层面解决耦合问题.论文针对平面电机三自由度解耦控制,建立了各线圈单元通电电流与三自由度位移输出之间的ARMA(auto regressive and moving average)模型,以实测输出与估计输出之间的残差平方最小为优化目标,提出了一种基于电流分配系数自适应修正的解耦控制算法,并给出了可用于实际控制的递推离散化方法.通过在线调节,使电流分配系数估计值逼近实际模型参数,从物理本质减小了多自由度耦合作用.采用轨迹跟踪实验,并与基于数据解耦控制方法进行对比,结果表明该方法提高了平面电机的定位与运动精度,验证了其对一类MIMO(multiple input multiple output)运动系统多自由度解耦的有效性.     

三自由度气浮平面电机非线性运动控制研究

长行程多自由度气浮平面电机广泛应用于高精度场合,如半导体制造装备、超精密仪器等.但气浮平面电机存在系统噪声大、易受外界干扰的问题,采用高增益线性控制器可有效抑制低频干扰,但会放大系统噪声.针对上述问题,为进一步提高运动与定位精度,提出一种基于轨迹跟踪误差幅值的变增益非线性控制算法,并采用扫描函数法证明所提方法的稳定性.当误差值大于阈值时,利用较大的附加增益以消除低频误差;反之,利用小增益以避免放大高频系统噪声.轨迹跟踪实验结果表明,相对于线性控制算法,非线性控制算法作用下跟踪误差小于1μm,有效提升了系统的轨迹跟踪与定位性能,在增强系统抑制低频干扰能力的同时降低了对噪声的敏感性.     

长行程直线电机的迭代学习控制

光刻机工件台在扫描曝光过程中要求纳米级的定位精度，采用长行程直线电机粗动加洛仑兹电机高精密微动补偿的6自由度复合运动系统能满足要求。为减小微动电机的运动范围和加速度，必须提高直线电机的轨迹跟踪精度。提出了一种开闭环D型迭代学习控制律改善永磁直线同步电动机(PMLSM)的轨迹跟踪性能。控制器由三部分组成：PID控制器用来提高系统对扰动和参数变化的鲁棒性；前馈补偿器可提高系统的实时跟踪性能；迭代学习控制器则通过执行重复任务来不断向理想的控制信号逼近。实验结果表明，这种控制方法可以有效提高系统的轨迹跟踪精度。     

一种非线性连续预测变结构控制方案

提出了一种非线性连续预测变结构控制方案,将非线性连续预测控制与滑模变结构控制结合起来。其控制器由针对对象标称非线性模型设计的连续预测控制器和针对对象不确定性设计的滑模变结构控制器组成。所提出的方案既具有变结构控制鲁棒性强的优点,又由于连续模型预测控制的引入使得变结构控制的“抖振”大大减小。应用于二自由度机械手轨迹跟踪控制,仿真结果表明了所提控制方案的有效性。     

基于相关耦合的并联四轴电动伺服平台鲁棒控制

4TPS-PS并联电动平台由4个伺服电机协同驱动,实现3个转动和1个移动自由度,为提高平台运动的位姿轨迹精度,需要实现四轴的非线性同步。该文推导非线性相关耦合误差,兼顾各轴的跟踪误差和同步误差,提出一种基于该误差的鲁棒控制方法,设计基于非线性相关耦合误差和滑模变结构控制理论的鲁棒控制算法。进行仿真和实验研究,结果表明,该控制策略具有较强的稳定性,提高了各轴的非线性同步特性,从而实现平台的高精度轨迹跟踪,平均位姿跟踪精度优于0.07°。     

串联谐振变换器的最优轨迹控制

介绍了串联谐振变换器的最优轨迹控制法。首先分析了串联谐振变换器的4种工作模式,然后以谐振电感电流和谐振电容电压为状态变量,基于状态平面分析法推导了系统的最优轨迹控制法则。控制目的是使这两个状态变量跟踪他们期望的稳态轨迹,从而减少暂态振荡并在极短时间内达到稳态。实验结果表明,最优轨迹控制系统的暂态性能非常好。     

基于LabVIEW的单回路液位控制系统的分析与设计

工业生产过程中对于被控对象液位监测通常是整个控制系统不可缺少的重要环节。本设计是基于GK0601实训平台,利用DAQ设备与单容水箱控制平台相连,用LabVIEW虚拟仪器编程设计控制界面,并可实时监视与调节系统液位,最终使控制目标液位保持动态稳定。硬件系统是由电磁阀、压力变送器、射流式自吸泵、数据采集卡USB6221、智能仪表NHR5330等设备构成;软件平台是基于LabVIEW搭建而成。通过实验调试与监测,整个系统结构合理、运行良好、程序优化、性能稳定、便于推广。     

Iterative learning control for non‐repetitive trajectory tracking of robot manipulators with joint position constraints and actuator faults

In this work, we present a novel iterative learning control (ILC) scheme for a class of joint position constrained robot manipulator systems with both multiplicative and additive actuator faults. Unlike most ILC literature that requires identical reference trajectory from trail to trail, in this work the reference trajectory can be non‐repetitive over the iteration domain without assuming the identical initial condition. A tan‐type Barrier Lyapunov Function is proposed to deal with the constraint requirements which can be both time and iteration varying, with ILC update laws adopted to learn the iteration‐invariant system uncertainties, and robust methods used to compensate the iteration and time varying actuator faults and disturbances. We show that under the proposed ILC scheme, uniform convergence of the full state tracking error beyond a small time interval in each iteration can be guaranteed over the iteration domain, while the constraint requirements on the joint position vector will not be violated during operation. An illustrative example on a two degree‐of‐freedom robotic manipulator is presented to demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于非线性终端滑模的码垛机械臂轨迹跟踪控制

针对码垛机械臂的轨迹跟踪控制,提出了一种基于数据驱动的非线性终端滑模控制方法.首先,利用牛顿-欧拉法推导出码垛机械臂的动力学模型,进而将模型等效成离散形式;接着,设计非线性终端滑模面来加快关节角的收敛速度,引人等效趋近律来抑制系统的抖振效应;同时,在萤火虫寻优算法的帮助下解决控制器参数整定问题,以便获得最优的控制性能;最后,通过仿真和试验对所提控制方法的有效性进行了验证.结果表明,该控制方法比积分滑模控制控制具有更高的跟踪精度,能保证码垛机械臂较好地跟踪上参考轨迹,具有一定的工程应用价值.     

架空线路绝缘喷涂异物检测识别及机器人运动轨迹规划

异物侵入不仅影响输配电线网绝缘漆喷涂,更会影响电网安全运行。为此,需要开展输电架空线路绝缘喷涂异物检测、识别与清除的智能化方案研究。文中构建了基于分段映射直方图图像增强预处理、基于光流法图像区域特征分离提取、基于改进Camshift算法动态异物跟踪识别的异物检测、识别、跟踪方案;构建了基于关节空间的机械臂D-H运动学模型,采用五项式插值法进行机械臂空间运动轨迹规划;构建了基于双层结构模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)的异物高精度控制视觉伺服控制方案,实现异物抓取的高精度控制。试验结果表明异物检测、识别、跟踪算法具有高鲁棒性,能够有效增强图像,提取复杂环境下的特征矩形区域,实现有遮挡情况下的动态异物跟踪;多关节机械臂空间运动轨迹算法具有良好连续平稳性,有效满足机械臂始终指向待抓取异物中心点;基于MPC的视觉伺服控制能够满足机械臂异物抓取的高精度控制。     

An adaptive iterative learning algorithm for boundary control of a flexible manipulator

In this study, we consider the boundary control problem of a flexible manipulator in the presence of system parametric uncertainty and external disturbances. The dynamic behavior of the flexible manipulator is represented by partial differential equations (PDEs). Based on the Lyapunov method, we propose an adaptive iterative learning control scheme for trajectory tracking and vibration suppressing of a flexible manipulator. The proposed control scheme is designed using both a proportional‐derivative feedback structure and an iterative term. The learning convergence of iterative learning control is achieved through rigorous analysis without any simplification or discretization of the PDE dynamics. Finally, the results are illustrated using numerical simulations for control performance verification. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

绳驱动空中机械臂的自适应分数阶终端滑模控制

针对集总干扰下绳驱动空中机械臂关节空间内高精度轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于时延估计技术的自适应鲁棒控制策略。在控制框架中,引入时延估计技术来补偿系统未建模特性、外界扰动及动力学耦合效应;采用分数阶非奇异终端滑模面来加快系统状态量的收敛速度和保证轨迹跟踪控制的精度;添加自适应律来增加控制器的鲁棒性。同时,基于李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环系统的稳定性。最后,通过可视化仿真和地面试验对本文所设计控制器的有效性进行了验证,结果表明：与其他两种控制器相比,本文控制器具有较高的轨迹跟踪精度、较好的鲁棒性和较强的抗干扰能力。     

机器人球关节电机及其控制器研究

本文针对由增强型五相混合式步进电机组成的２自由度机器人球关节，着重介绍其连续轨迹（ＣＰ）控制原理，并提出“广义加密双判别插补”控制策略及其算法；所研究的控制器采用两级微机控制系统，能实现路径规划和协调控制。由实例证实它有良好的轨迹跟踪性能。     

Iterative learning control for robotic manipulators: A bounded‐error algorithm

This paper presents a model‐based nonlinear iterative learning control (NILC) for nonlinear multiple‐input and multiple‐output mechanical systems of robotic manipulators. An algorithm of a new strategy for the NILC implementation is proposed. This algorithm ensures that trajectory‐tracking errors of the proposed NILC, when implemented, are bounded by a given error norm bound. Both standard and bounded‐error learning control laws with feedback controllers attached are considered. The NILC synthesis is based on a dynamic model of a six degrees of freedom robotic manipulator. The dynamic model includes viscous and Coulomb friction and input generalized torques are bounded. With respect to the bounded‐error and standard learning processes applied to a virtual PUMA 560 robot (Unimation, Inc. Danburry, CT, USA), simulation results are presented in order to verify maximal tracking errors, convergence and applicability of the proposed learning control. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于LabVIEW的超声测量系统

介绍了最具代表性的图形化编程开发平台LabVIEW。以NI 5122数据采集卡和C架等为硬件,以LabVIEW2015软件作为开发平台,将NI Scope和VISA结合起来,搭建了超声测量平台系统。NI SCOPE实现数据采集和波形图显示,VISA实现串口通信。该系统可以实现C架的控制,并实现连续测量和定点测量,可以根据需要改变C架的速度和最远位置,同时也能改变最小采样长度和最小分辨率。该系统用户界面良好,使用方便。