直线柔性连接两级倒立摆控制器设计

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题。分析了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆系统建模，采用LQR法设计最优控制器，进行了具体架构以及阐述了此系统设计的控制器在实际物理系统中的实现问题。所设计的控制器对此倒立摆系统成功实施了控制，既证明了系统建模的正确性，也是倒立摆控制中的一项重大突破。相关研究成果将在航天科技及机器人学等领域发挥重要作用．     

柔性连接倒立摆的最优控制及状态观测器的应用

本文研究具有柔性连接的倒立摆系统的动力学特性,通过数学分析提出应用线性二次型最优控制策略设计状态反馈控制器,利用降阶状态观测器获得不易测量的振动小车位置,控制倒立摆系统稳定地平衡在“倒立”状态,最后通过仿真实验证明了此种方法的有效性。     

环型二级倒立摆的控制研究与实验

通过分析环型二级倒立摆系统的动力学特性，将系统的状态空间方程在“倒立”的平衡点会近进行线性化处理，应用线性二次型最优控制策略，对环型二级倒立摆进行控制器的设计与仿真实验，并成功地将所设计的控制器应用到实际的环形二级倒立摆系统上，使其稳定地平衡在“倒立”状态，所做应用与实际实验在国内尚未见到报道。     

环型二级倒立摆的控制研究与实现

通过分析环型二级倒立摆系统的动力学特性,将系统的状态空间方程在“倒立”的 平衡点附近进行线性化处理,应用线性二次型最优控制策略,对环型二级倒立摆进行控制器 的设计与仿真实验,并成功地将所设计的控制器应用到实际的环型二级倒立摆系统上,使其 稳定地平衡在“倒立”状态．所做应用与实际实验在国内尚未见到报道．     

基于非线性控制方法的倒立摆系统控制

应用非线性系统跟踪控制方法对倒立摆系统的控制进行研究.基于非线性系统控制方法对倒立摆系统摆的镇定问题、台车位置调节问题和鲁棒控制问题设计出了具体的控制器.最后给出了在所设计的各种控制器作用下系统的仿真结果,结果表明所设计的控制器对倒立摆系统的稳定控制具有良好的效果.     

单级倒立摆的PID控制研究

对单级倒立摆系统的平衡控制问题进行了研究，分别采用PD，PI和PID三种方案实现了单级倒立摆系统的平衡控制。首先，建立系统的数学模型，然后通过仿真实验设计并整定各方案的控制器参数，将所设计的控制器分别在实际的物理设备上进行实时控制实验，都成功地实现了倒立摆的平衡控制。实际控制结果验证了各方案的正确性和有效性。     

平面一级倒立摆的稳定控制

平面倒立摆系统是进行控制理论研究的理想实验平台.在对平面一级倒立摆进行运动学和动力学分析的基础上,采用拉格朗日方程建立了它的动力学模型.分别设计了LQR控制器和模糊控制器,应用所设计的控制器对倒立摆系统进行了实时控制实验.验证了两种控制方法的优缺点.     

直线柔性连接两级倒立摆系统建模

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题，而实施有效控制的关键是对该系统进行建模。在对倒立摆系统进行了概要的介绍后，详述了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆建模。科研人员可基于此模型研发各种控制策略。     

模糊规则控制一种绝对不稳定系统

本文设计了一个高精度、高分辨率的模糊控制器，并用以控制二阶倒立摆获得成功。提出了一种处理多变量系统的新观点，给出了模糊控制二阶倒立摆的控制规则；和一种强有力的清晰化方法，从而使模糊控制器的输出更加细腻，应用上述理论设计的高精度、高分辨率的模糊控制器，对二阶倒立摆进行实时控制获得成功。     

单级倒立摆的PID控制研究

对单级倒立摆系统的平衡控制问题进行了研究,分别采用PD,PI和PID三种方案实现了单级倒立摆系统的平衡控制.首先,建立系统的数学模型,然后通过仿真实验设计并整定各方案的控制器参数,将所设计的控制器分别在实际的物理设备上进行实时控制实验,都成功地实现了倒立摆的平衡控制.实际控制结果验证了各方案的正确性和有效性.     

基于混沌小扰动抑制的电力系统混沌振荡控制方法研究

针对电力系统在周期扰动下可能发生混沌振荡,影响电力系统稳定运行的问题,提出基于混沌小扰动抑制的电力系统混沌振荡控制方法。构建电力系统数学模型,模拟电力系统混沌振荡过程,确定扰动与混沌振荡之间的关系。根据电力系统实时运行数据的采集结果,计算混沌振荡信号特征参数,判定系统振荡状态,计算混沌扰动抑制控制量。在混沌振荡控制器的支持下,利用混沌小扰动抑制技术限制混沌振荡幅值,进而实现电力系统的混沌振荡控制任务。从实验结果中可以看出,与传统控制方法相比,优化设计方法控制作用下,电力系统的混沌振荡信号的幅值和频率更低,振荡幅值和频率的控制误差分别降低了约1.57db和0.015Hz,即优化设计方法的控制性能更优。     

Decoupling and tracking control for elastic joint robots with coupled joint structure

The paper deals with the modeling, identification, and control of a flexible joint robot developed for medical applications at the German Aerospace Center (DLR). In order to design anthropomorphic kinematics, the robot uses a coupled joint structure realized by a differential gearbox, which however leads to strong mechanical couplings inside the coupled joints and must be taken into account. Therefore, a regulation MIMO state feedback controller based on modal analysis is developed for each coupled joint pair, which consists of full state feedback (motor position, link side torque, as well as their derivatives). Furthermore, in order to improve position accuracy and simultaneously keep good dynamic behavior of the MIMO state feedback controller, a cascaded tracking control scheme is proposed, based on the MIMO state feedback controller with additional feedforward terms (desired motor velocity, desired motor acceleration, derivative of the desired torque), which are computed in a computed torque controller and take the whole rigid body dynamics into account. Stability analysis is shown for the complete controlled robot. Finally, experimental results with the DLR medical robot are presented to validate the practical efficiency of the approaches.     

带执行器饱和的柔性关节机器人位置反馈动态面控制

针对带有执行器饱和的柔性关节机器人系统,提出一种位置反馈动态面控制,以实现机器人连杆的角位置跟踪.在一般动态面控制的设计框架下,设计观测器重构系统未知速度状态,利用径向基函数神经网络学习饱和非线性特性,结合“最小参数学习”算法减轻计算负担.通过Lyapunov方法证明得出闭环系统所有信号半全局一致有界,跟踪误差可以通过调节控制器参数达到任意小.仿真结果表明,控制系统能够克服外界干扰,有效补偿系统存在的执行器饱和,实现柔性关节机器人的准确跟踪控制.该方法避免了传统反演设计存在的“微分爆炸”现象,简化了设计过程.     

失重环境下可控柔性臂的模态特性

在非重力场中,考虑控制器动态反馈的影响,对存在控制器定位约束的柔性臂系统进行动力分析,研 究其在相对平衡位置的模态特性．以具有柔性关节和弹性臂杆的可控柔性臂为研究对象,分析了控制器作用下的反 馈约束特性,将控制器位置和速度增益引入力边界条件,得到了耦合控制器参量的模态特征方程,证明了反馈约束 的存在使得系统特征频率为复频率,且模态主振型是复变函数．通过数值仿真,明确了可控柔性臂的模态特性与控 制器增益之间的关系,得到了不同于经典振动理论的结论．设计了可控柔性臂的仿失重实验平台,试验模态结果证 明了理论分析的有效性．     

FLEXIBLE SPACECRAFT VIBRATION SUPPRESSION USING PWPF MODULATED INPUT COMPONENT COMMAND AND SLIDING MODE CONTROL

This paper presents a dual‐stage control system design method for the rotational maneuver and vibration stabilization of a spacecraft with flexible appendages. In this design approach, attitude control system and vibration suppression were designed separately using lower order model. The design of attitude controller was based on sliding mode control (SMC) theory leading to a discontinuous control law. This controller accomplishes asymptotic attitude maneuvering in the closed‐loop system and is insensitive to the interaction of elastic modes and uncertainty in the system. The shaped command input controller based on component synthesis vibration suppression (CSVS) method is designed for reduction of flexible mode vibration, which only requires information about natural frequency and damping of the closed system. Additionally, to extend the CSVS method to the system with on‐off actuators, pulse‐width pulse‐frequency (PWPF) modulation is employed to control the thruster firing and integrated with the CSVS method. Simulation results have been proven the potential of this technique to control flexible spacecraft.     

Robust fuzzy controller design of nonlinear dynamic systems based on H ∞ optimal criterion

A new design method of fuzzy controllers to achieve H X optimal performance for a class of uncertain nonlinear systems is presented. The dynamic behaviour of a product-sum-type fuzzy controller is analysed and the result reveals that this type of fuzzy controller behaves approximately like a state feedback controller with non-constant feedback gains which are dependent on input signals. Based on the H X control design technique, a systematic analysis and design of the fuzzy controller is presented for guaranteeing the stability or even the performance. Even though the bound of the plant nonlinearity is unknown, the influence of the nonlinear term on the system error is attenuated to a prescribed level by the proposed fuzzy controller. Finally, the fuzzy controller is applied to the Duffing forced oscillation system, which confirms the validity of the controller.     

Backstepping Control for Flexible Joint with Friction Using Wavelet Neural Networks and L2‐Gain Approach

In this study, a new backstepping control scheme is proposed to deal with the high accuracy flexible joint servo system's position control. Based on the introduction of non‐consecutive friction, the cascade dynamics equations of flexible joint are established. The macroscopic controller is designed using a backstepping design technique to suppress the flexibility and external disturbance based on the L₂ property. To identify the non‐consecutive function, the wavelet neural networks (WNN) are utilized in the microscopic controller to compensate for nonlinear friction and uncertainties. The combined strategy of macro and micro controller can overcome the derivation explosion problem and avoid the joint acceleration measurement and upper bound forecast. Finally, stability analysis and mathematical simulations are presented to verify the effectiveness of this new controller.     

基于FuzzyP的多臂机器人机械臂控制系统设计

机械臂是多臂机器人的重要组成部分,针对基于姿态识别控制及位置识别控制系统受到被控量振荡影响,而导致机械臂运动轨迹控制不精准的问题,提出了基于FuzzyP的多臂机器人机械臂控制系统设计;基于FuzzyP控制系统,找到系统控制平衡点,设计系统硬件结构包含3个机械臂,共十八个自由度,简化关节控制器连线,选择直流有刷电机,采用增量型编码器,设计H桥电路,配合74ACT244增强驱动电路,利用NRF24L01无线模块获取与处理位置信息;使用FuzzyP控制器,抑制被控量振荡,控制连杆运动,完成多臂机器人机械臂控制方案设计;由实验结果可知,该系统轨迹与预期轨迹基本一致,较好解决多臂机器人机械臂对接精确定位要求。     

静电刚度式谐振微加速度计闭环驱动控制

分析了谐振微加速度计闭环驱动控制的要求,并根据要求建立了幅度和频率自适应控制的双闭环驱动分析模型．鉴于系统的高阶非线性,采用近似平均法分析了系统的稳态平衡点和稳定条件．对基于锁相技术的频率跟踪环,得到了环路频率稳定跟踪的积分控制器临界条件．对基于自动增益的幅度控制环,分析表明在没有PI控制器时不能实现恒幅振动,在引入PI控制器后,振动幅度与品质因数和频率无关;同时,较小的直流参考电压能实现同样大的振幅．仿真结果有效的验证了上述结论,理论分析和仿真有助于驱动电路的设计和调试．