仿生假手抓握力控制策略

为了使仿生假手完成各种精细作业,提出一种抓握力控制策略.在自由空间和约束空间中分别使用基于位置的阻抗控制和力跟踪阻抗控制.在过渡过程中使用模糊观测器切换控制模式.两种控制模式采用同一个基于位置的阻抗控制器,在约束空间向阻抗控制器中引入参考力,以满足约束空间的抓握力控制要求.这种方法可以使关节在自由空间和约束空间中分别实现良好的轨迹跟踪和力矩跟踪,在过渡过程中实现控制模式的可靠切换和系统的稳定过渡.提出一种自适应滑模摩擦力补偿方法,利用终端滑模思想设计了滑模函数,使得系统跟踪误差在有限时间内收敛,避免了传统线性滑模面状态跟踪误差无法在有限时间内收敛至0的问题.根据指数形式摩擦力的特点,利用终端滑模控制思想获得包含摩擦力参数估计的滑模控制律,并基于李亚普诺夫稳定性定理推导了估计参数的在线自适应律.对该抓握力控制策略在HIT假手上进行了抓取实验,实验结果证明了控制策略的有效性.     

智能四轮转向车辆稳定车道线保持串级控制

为实现四轮前后轮转向车辆的稳定车道线保持控制,提出集成直接横摆力矩和车道线保持的串级控制策略.主控制器实现车道线保持前轮转角控制.副控制器实现车辆稳定性控制.主控制器基于MPC(model predictive control)算法控制车辆前轮转角,通过调整前轮转角使得横向位置偏差和航向角偏差最小.主控制器的车辆前轮转角作为副控制器的输入,计算期望滑移角和期望横摆率.车辆后轮转角和横摆力矩作为副控制器控制输入,基于LQ(linear quadratic)算法计算补偿车辆后轮转角和横摆力矩,实际车辆滑移角和实际横摆率跟踪期望滑移角和期望横摆率.车辆的前轮转角、后轮转角和横摆力矩作为控制输入,在副控制器实现车辆稳定性控制基础上,主控制器实现准确地车道线保持控制,保证智能车辆在车道内自主安全行驶.仿真结果表明,该串级控制策略的有效性,提高了智能车辆车道线跟踪的准确性,也提高车辆的稳定性和操纵性.     

基于混合遗传算法的力矩受限圆轨二级倒立摆摆起控制

为了实现力矩受限时圆轨二级倒立摆非线性系统的摆起控制,提出了一种新的开环优化控制策略.该策略通过在规定的时间内向系统施加一前馈控制序列,使上、下摆杆从自然悬垂位置摆到倒立点位置并使速度为零.为了获得最优摆起控制序列,采用混合遗传算法进行优化计算,通过编码操作解决控制力矩受限问题.仿真实验证明,该策略是有效和可行的,并为其他非线性多变量系统的控制提供了有效方法.     

欠驱动手动态抓取控制的研究

基于手指动力学模型建立了速度观测器.该观测器用于欠驱动手的自适应轨迹跟踪,弥补了欠驱动手没有速度传感器的缺点,补偿了手指模型中欠驱动元件(如扭簧)造成的不确定因素.与PID和计算力矩法相比,其跟踪误差更小,动态控制效果更加理想.通过动力学模型建立了基于力的阻抗控制策略,在阻抗控制中使用速度观测器,实现了基关节的动态抓取力跟踪.动态轨迹跟踪与力跟踪相结合,使欠驱动手在抓握时具有良好的动态抓取性能.     

下肢外骨骼膝关节模糊滑模位置控制器设计

针对下肢助力外骨骼膝关节位置伺服系统运动过程中伺服精度要求高、冲击力矩大、负载变化范围广等特点,提出了一种运用模糊规则调节的位置伺服系统滑模控制策略.该策略设计了一种新型带有积分项的滑模面模糊调节部分的结构为单输入双输出,选用模糊规则调节新型终端滑模型趋近率来抑制滑模抖振.仿真及实验表明,该控制策略稳定性和伺服跟踪性好,对负载干扰的鲁棒性强.     

异步电机直接转矩控制快速正反转控制策略

针对传统的异步电机正反转方法过渡时间长、定子电流畸变严重和转矩脉动大等缺点,研究异步电机直接转矩控制系统正反转过程,提出一种实现快速正反转控制策略.该策略通过控制定子磁链和转子磁链的位置关系,在异步电机制动阶段,控制定于磁链滞后转子磁链旋转,动态保持磁通角恒定,使电机产生最大允许制动转矩,转速迅速下降;在反向启动阶段,控制定子磁链超前转子磁链反向旋转,动态保持磁通角恒定,使电机输出反向最大允许启动转矩,转速迅速上升,从而实现电机快速正反转过程.在整个反转过渡过程中限制定子电流不超过设定值,在不同的控制阶段施加合适的六边形工作电压空间矢量,易于实现.通过仿真验证了该控制策略可实现异步电机直接转矩控制系统的快速正反转过程.     

自由飞行空间机器人系统的协调运动控制

考虑由载体和机械臂组成的空间机器人系统的协调控制问题,提出了一种新的协调 控制策略.该策略首先利用简单的变结构控制器粗略控制载体的运动,进而设计机械臂控制 器以保证手端精确跟踪其期望的运动轨迹.应用该策略分别对手端自由运动和受限运动设计 了相应的控制器,并对两杆平面空间机器人系统进行了仿真,证实了控制策略的有效性.     

基于关节力矩传感器的灵巧手指的阻抗控制

基于位置的阻抗控制以位置控制为基础,将它作为整个控制器的内环,附加的外环是阻抗力控制器,其控制效果的好坏取决于位置控制器的精确程度。将轨迹跟踪控制算法构建的位置控制器作为控制内环,同样阻抗参数下,增加了控制的稳定性和柔顺性,减小了超调和跟踪阶段的误差。并给出了基于H IT/DLR灵巧手手指基关节力矩传感器的阻抗控制的实验效果。     

基于递归模糊神经网络的机器人鲁棒H_∞跟踪控制

利用递归模糊神经网络来逼近机器人系统中的非线性函数,提出了一种具有自适应能力的H∞控制策略.该控制策略能够减弱机器人系统的外扰,并把模糊神经网络的重构误差对系统的影响控制在指定的范围内.同时又能保证闭环系统的所有信号都是有界的.为了验证基于递归模糊神经网络的H∞控制策略的有效性,将其与计算力矩控制方法进行比较,仿真结果表明,在存在外扰的情况下,所提出的控制策略具有比计算力矩控制方法更好的跟踪性能.     

应用于力矩受限自由漂浮空间机器人的神经网络自适应控制

在控制力矩受限情况下,为实现具有模型不确定性自由漂浮空间机器人的轨迹跟踪控制,文章设计了一种新的神经网络自适应控制策略;首先,用双曲函数对控制力矩输入进行限制;其次,设计一种神经网络自适应控制律,对输入力矩受限条件下的非线性系统模型进行在线逼近,同时,利用鲁棒项对神经网络逼近误差和外界干扰进行消除;最后,根据李雅普诺夫理论,证明了所设计控制策略能够使自由漂浮空间机器人系统渐进稳定;仿真实验表明,该控制策略在无需建立复杂系统模型的情况下,便能够对控制力矩进行有效限制,从而使自由漂浮空间机器人在控制力矩受限情况下得到较好的控制.     

Fully sensorless robust control of variable-speed wind turbines for efficiency maximization

This paper focuses on a sensorless robust power generation control strategy for a variable speed wind energy conversion system based on a permanent magnet synchronous generator. The proposed control strategy combines a robust observer of the aerodynamic torque, a simple technique for extracting rotor position using electrical signals, a robust observer of rotor speed, and a sliding mode based field oriented control strategy. The robust vanishing of the observation errors and tracking error is proved. Reported numerical simulations show that the proposed control policy is effective in terms of efficiency maximization and it is robust with respect to bounded parameter variations affecting the mechanical system.     

A Position and Torque Switching Control Method for Robot Collision Safety

With the increasing number of human-robot interaction applications, robot control characteristics and their effects on safety as well as performance should be taken account into the robot control system. In this paper, a position and torque switching control method was proposed to improve the robot safety and performance, when robots and humans work in the same space. The switching control method includes two modes, the position control mode using a proportion-integral (PI) algorithm, and the torque control mode using sliding mode control (SMC) algorithm for eliminating swing. Under the normal condition, the robot works in position control mode for trajectory tracking with quick response. Once the robot and human collide, the robot will switch to torque control mode immediately, and the impact force will be restricted within a safe range. When the robot and human detach, the robot will resume to position control mode automatically. Moreover, for a better performance, the joint torque is detected from direct-current (DC) motor’s current rather than the torque sensor. The experiment results show that the proposed approach is effective and feasible.     

PMSM驱动机器人的FSMC与EPCH协同控制

单独一种控制方法难以使机器人末端快速、准确地跟踪位置变化,针对这一问题,提出了模糊滑模(FSMC)信号控制与误差端口受控哈密顿(EPCH)能量控制的协同控制策略.FSMC解决了系统动态时的快速性问题,EPCH控制解决了系统稳态时的准确性问题.设计了基于误差的协同函数,利用协同函数来实现对机器人关节系统的协同控制,使机器...     

具有时滞的柔性关节多机械臂协同自适应位置/力控制

由于关节机械臂长期运行后,齿轮间隙扩大产生的时间滞后将使得系统跟踪性能降低.针对此问题,本文提出了一种自适应位置/力控制策略来保证闭环系统稳定性以及位置/力跟踪性能.首先,对多机械臂和物体系统进行任务空间动力学建模.随后,利用Pade理论将时间滞后近似为二阶有理分式.同时,利用神经网络自适应算法克服模型建模误差对系统稳定性的影响,利用同时包含位置误差和力误差的线性滑模项,设计位置/力控制器.通过李雅普诺夫稳定性理论,证明控制策略能实现位置误差和内力误差的渐近收敛.最后,仿真验证证明所设计控制策略的有效性.     

SCARA机器人模糊自适应滑模控制

为了提高SCARA机器人的轨迹跟踪控制性能,提出了一种基于非奇异终端滑模面和改进的快速趋近律的滑模控制策略。设计了一种非奇异的快速终端滑模面,可在任意初始状态下收敛到平衡点;改进滑模控制的趋近律,在保证快速趋近的同时可有效抑制抖振,并采用双曲正切函数代替传统的符号函数,有效地消除了高频抖振。采用模糊控制调节趋近律参数,改善初始状态误差过大时引起的力矩冲击问题;基于SCARA机器人模型仿真实验表明,实验结果跟踪性能良好,输出力矩平滑。     

Practical consensus tracking control of multiple nonholonomic wheeled mobile robots in polar coordinates

This paper proposes a sliding‐mode control (SMC) method to achieve practical cooperative consensus tracking for a network of multiple nonholonomic wheeled mobile robots (MNWMRs) with input disturbances. A novel SMC surface under the nonholonomic constraints is first formulated to characterize the network communication interactions among the networked robots under the framework of polar coordinates. A unified distributed consensus tracking strategy is then proposed by systematically combining a position controller and a direction controller. Furthermore, a simple yet general criterion is derived to achieve the desired practical consensus of trajectory tracking and posture stabilization for MNWMRs. In particular, for a specific common consensus trajectory, the complete asymptotic tracking in heading direction can be fully guaranteed when the perfect asymptotic position‐tracking errors are realized. Accordingly, the developed consensus tracking strategy for MNWMRs demonstrates some advantages of control performance including stability, robustness, and effectiveness over the existing control method proposed for their single‐robot counterparts. Some comparative simulation results are given to confirm the effectiveness of the proposed cooperative consensus control method.     

串联机器人的双模糊自适应滑模控制

提出了一种串联机器人的改进控制算法。采用一自适应模糊控制器,根据滑模到达条件对滑模切换增益进行估算,消除滑模控制中输出力矩的抖振现象,增强其对不确定性因素的适应能力。采用另一自适应模糊控制器对指数趋近律系数进行修正,改善由于大范围初始位姿产生的偏差而引起的大力矩和速度跳变问题。该方法无需确定被控对象的具体数学模型,具有强鲁棒性和高跟踪精度。基于Lyapunov方法进行了稳定性证明,保证控制系统的稳定性与收敛性。实验结果表明,该方法应用于串联机器人,跟踪效果良好并产生了平滑的力矩输出和速度输出。     

Adaptive control of permanent magnet synchronous machines with disturbance estimation

In this paper,an adaptive control scheme is introduced for permanent magnet synchronous machines (PMSMs)as an alternative to classical control techniques.The adaptive control strategy capitalizes on the machine’s inverse dynamics to achieve accurate tracking by using an observer to approximate disturbance in the form of friction and load torque.The controller’s output is then fed to a space vector pulse width modulation(SVPWM)algorithm to produce duty cycles for the inverter.The control scheme is validated through a set of simulations on an experimentally validated PMSM model.Results for different situations highlight its high speed tracking accuracy and high performance in compensating for friction and load disturbances of various magnitudes.     

标校系统两轴电视跟踪转台伺服控制系统研究

根据标校系统两轴电视跟踪转台的性能指标要求,采用光电编码器构成转轴的角位置反馈及角速度反馈;脉宽调制功放和直流力矩电机构成系统的执行机构;采用电流环、速率环、位置环三闭环的控制策略,基于TMS320VC6713 DSP芯片设计了全数字模糊PID控制算法,实现了电视跟踪转台伺服系统的低速和高精度定位.