机器人工作空间的界限面及其位置奇异曲面的代数求解方法

本文提出了一个求解运动副转角或移动有限制的任意机械手的工作空间界限面及其位置奇异曲面的代数方法。得出了手部参考点在固定坐标系中的一系列位置奇异曲面方程。并以5R,6R和5R-P机器人为例,使用计算机绘制出其工作空间上述各种曲面的子午截面曲线图。结果与其它方法相比,具有精度高,运算快的特点,不仅具有理论意义,而且还有实用价值。     

并联机构不同正解间无奇异转换问题探讨

并联机构的正解具有多解性，以一种平面三自由度并联机构为例，研究了不同正解之间的无奇异连接路径问题．结合Innocenti发现的第一条无奇异路径，采用基于奇异曲面的图形化方法分析了正解构型在工作空间中的分布．发现了两个正解间的多条类似路径，这些路径形成了连接两个正解位形的近似于螺旋状的管道空间．首次发现了在其它的正解之间也存在着这样的非奇异路径．这些结果表明并联机构的奇异曲面及正解分布异常复杂，如果两个正解对应的雅可比矩阵行列式值异号，则一定不存在无奇异路径；如果同号，则还要根据奇异曲面来定．两个正解构型间无奇异路径的判定还最终依赖于对奇异曲面更为清楚的描述．     

基于MATLAB的工业机器人工作空间分析及图形仿真

在对机器人运动学分析和误差补偿方案建立的基础上,提出用数值法对与测量机器人连接的工业机器人的工作空间进行求解。对六自由度串联机器人的工作空间进行了MATLAB三维图形仿真,同时分析介于测量机器人和工业机器人之间的联动装置的球面副转角,研究球面副转角对工业机器人工作空间的影响情况。     

机器人工作空间的数值计算

本文给出了计算任意结构形式任意自由度单链机器人工作空间的数值方法。这种方法把计算机器人工作空间的极限距离、边界曲线和边界曲面问题转化为求满足一定约束条件下的极值问题。通过选用不同的目标函数和约束条件就可以求出机器人工作空间边界曲面上的一系列特征点,把这些点连成线或面就构成了机器人的工作范围.根据上述讨论本文编制了计算机器人工作空间的程序软件 WZ,只要输入机器人的结构参数和各自由度的运动范围就可以求出机器人工作空间边界曲面上的若干点,并用绘图机绘出边界曲线。     

柔性关节机操手的神经网络控制

本文在关节柔性较弱的情况下，对柔性关节机器人操作手的轨迹跟踪问题，提出了一种基于奇异摄动理论的机器人神经网络控制设计方法，在一般框架下证明了系统跟踪误差最终一致有界，并且可以通过选取增益矩阵使该误差界任意地小. 该方法克服了对模型参数线性化条件的要求，无需求解回归矩阵，因而具有很强的鲁棒性和模型推广能力. 数值试验表明，所提出的控制方法是可行且有效的.     

基于一种新的姿态描述的并行结构机器人工作空间解析解

本文针对并行结构机器人的结构特点建立一种新的姿态描述,给出了相应的定义;并基于这 种描述及Grassmann线几何对6-3并行结构机器人工作空间的奇异问题进行分析,得到 一个简单而有效的非奇异边界,及该区域内的杆长约束条件下保守的工作空间解析解．且与 模型结构无关,具有普适性．因此只要并行结构机器人的模型描述采用了新的方法,那 么它的运动学研究就可以通过这种方法来进行．     

一类非完整系统的全局镇定

当非完整系统只能局部转换为链式形式时, 由于存在变换奇异点集合, 针对链式系统所设计的全局反馈控制律只能局部镇定原非完整系统, 而且当期望状态接近奇异点时, 闭环系统的吸引区很小. 本文针对一类可局部转换为链式系统的非完整系统, 首先利用吸引区是状态空间中的一个不变集且与变换奇异点集不相交的条件导出了一个吸引区的不变子集, 然后给出了将系统状态从任意点驱动到吸引区不变子集内的开环控制算法, 最后结合开环控制和闭环控制得到一种混合控制算法. 该混合控制算法可以保证任意不在变换奇异点集合内的期望状态是全局渐近稳定的. 对平面两转动关节空间机器人的仿真结果证实了算法的有效性.     

参数曲线曲面实奇异点的计算

本文主要讨论了利用Grobner基理论对参数曲线（面）的奇异点进行判断和计算。如果曲线（面）存在奇异点,由定义可知它的导矢（法矢）等于0。因此,曲线（面）奇异点的判定就是方程组的求解问题。由Hilbert弱零点定理可知,若一组多项式方程无公共零点,则其生成理想约化的Grobner基为[1]。在计算时,首先根据Grobner基理论判断 曲线（面）是否存在奇异点。当存在奇异点时,利用区间算法对实奇异点进行隔离和迭代。在确定奇异点的存在性时,根据曲线（曲面）的导矢（法矢）方程的Grobner基直 接进行判断,而不需要求解非线性代数方程组。若曲线曲面存在奇异点,进一步采用区间方法对奇异点进行隔离以确定曲线段或曲面片的正则性。该方法可以得到参数曲线曲面的所有实奇异点且达到任意精度。     

拟三次三角样条插值曲线与曲面

在构造插值曲线与曲面时,传统的方法多基于多项式函数空间,而基于三角函数空间也能构造插值曲线与曲面.首先基于函数空间Ω =span{1,sint,cost,sin2t,cos2t}构造了一种样条插值曲线与曲面,称之为拟三次三角样条插值曲线与曲面.该曲线与曲面不仅满足C2连续,而且直接插值于给定的控制顶点,避免了通过方程组反求控制顶点.进一步地,为了使所构造的拟三角样条插值曲线与曲面具有局部可调性,利用奇异混合技术在拟三次三角样条插值曲线与曲面中引入了局部形状参数,修改某些形状参数的取值可实现对插值曲线与曲面的局部调整,为样条插值曲线与曲面的构造提供了两种新方法.     

自由飘浮空间机器人运动规划研究综述

本文介绍了自由飘浮空间机器人的运动学特性;从避奇异点规划、姿态调整规划和协同控制规划三个方面总结了自由飘浮空间机器人的运动规划研究现状,并对现有方法的局限性进行了分析;最后给出了自由飘浮空间机器人运动规划下一步需要研究的问题与解决思路。     

广义周期时变离散控制系统的分散控制技术

利用分散控制技术建立广义时变周期（PTV）系统与线性时不变（LTI）系统的等价关系,并利用该等价关系刻画了广义PTV系统的因果性关系和闭环系统的等价性,从而为研究广义PTV系统打下良好的基础。     

The problem of freedom on certain subsemigroups of the submonoid of left singular languages

In this paper, we discuss the properties of ? _L ′?=?{L′?∈?M|LL′?∈?S _l }, where M is the monoid of languages and S _l is the set of left singular languages in M. The following result is proved: when|A|?≥?2, for any L?∈?M, ? _L ′ is not free.     

高阶系统的奇异摄动模型的平衡降阶

随着控制理论和电子计算机技术的迅速发展,尽管为研究与设计高阶复杂系统提供了方便的条件,但是对复杂高阶系统进行模型简化仍然是控制系统设计与仿真工作者的一个重要研究课题.针对奇异摄动模型的平衡降阶方法,提出了采用时矩输出拟合来改善降阶系统输出响应逼近程度的改进方法,通过给出的实例仿真证实了这一点.     

State estimation for multi‐channel stochastic singular systems with multiplicative noise

The state estimation problem for multi‐channel singular systems with multiplicative noise is considered based on singular value decomposition. First, two equivalent reduced order subsystems are obtained via the decomposition. Then, in order to solve the estimation problem, the subsystems are rewritten into a new form. It is noted that the measurement noise here becomes colored noise, which contains the dynamic noise, measurement noise, and multiplicative noise of the original system. In this situation, existing filtering methods cannot be directly applied, so a modified filtering method is given. The recursive algorithm for the state estimation is obtained by the filtering method. In addition, the estimation of dynamic noise is derived via the algorithm. A simulation example is given to show the effectiveness of the proposed algorithm. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

不确定离散广义系统因果性的鲁棒控制

讨论不确定离散广义系统的因果性鲁棒控制问题。对不改变原系统正则性的任意扰动,给出并证明了使闭环系统保持因果性的充要条件。最后举例证明了所给出的主要结果。     

Lipschitz广义非线性系统观测器设计

研究一类广义非线性系统的观测器设计问题．首先讨论了半正定Lyapunov函数下指数1广义非线性系统稳定及渐近稳定性,然后对一类由线性和Lipschitz非线性项组成的广义非线性系统,给出了渐近稳定观测器存在的条件,并把观测器反馈增益矩阵的设计归结为广义线性系统容许控制以及奇异值计算问题,证明了若容许广义线性系统矩阵的最小奇异值大于系统的Lipschitz常数,容许控制器增益矩阵就是待求的观测器反馈增益矩阵。     

Nonlinear singularly perturbed optimal control problems with singular arcs

A third-order, nonlinear, singularly perturbed optimal control problem is considered under assumptions which assure that the full problem is singular and the reduced problem is nonsingular. The separation between the singular arc of the full problem and the optimal control law of the reduced one, both of which are hypersurfaces in state space, is of the same order as the small parameter of the problem. Boundary-layer solutions are constructed which are stable and reach the outer solution in a finite time. A uniformly valid composite solution is then formed from the reduced and boundary-layer solutions. The value of the approximate solution is that it is relatively easy to obtain and does not involve singular arcs. To illustrate the utility of the results, the technique is used to obtain an approximate solution of a simplified version of the aircraft minimum time-to-climb problem. A numerical example is included.     

Neighbouring-extremal control for singular dynamic optimisation problems. Part I: single-input systems

A powerful approach for dynamic optimisation in the presence of uncertainty is to incorporate measurements into the optimisation framework so as to track the optimum. For non-singular control problems, this can be done by tracking active constraints along boundary arcs and using neighbouring-extremal (NE) control along interior arcs. Essentially, NE control forces the first-order variation of the necessary conditions of optimality (NCO) to zero. In this article, an extension of NE control to singular control problems is proposed. This article focuses on single-input systems, while the extension to multiple-input systems is investigated in the companion paper. The idea is to design NE controllers from successive time differentiations of the first-order variation of the NCO. Approximate NE feedback laws are also proposed, which are both easily implementable and tractable from a real-time optimisation perspective. These developments are illustrated by the case study of a semi-batch chemical reactor.     

T-S模糊广义系统的逼近性

本文研究T-S模糊广义系统的逼近性,给出了T-S模糊广义系统的逼近性定理.证明其可以以任意的精度逼近一类广泛存在的非线性广义系统.还将MISO(多输入单输出)情况推广到MIMO(多输入多输出)的情况.在逼近性定理的基础上,利用神经网络的方法对非线性广义系统建模,给出了神经网络的结构及学习算法.本文共提出了两种神经网路的训练策略,对各自的优点与不足给出了分析,最后用数值例子验证了算法的有效性.     

Neighbouring-extremal control for singular dynamic optimisation problems. Part II: multiple-input systems

Dynamic optimisation provides a unified framework for improving process operations while taking operational constraints into account. In the presence of uncertainty, measurements can be incorporated into the optimisation framework for tracking the optimum. For non-singular control problems, neighbouring-extremal (NE) control can be used to force the first-order variation of the necessary conditions of optimality (NCO) to zero along interior arcs. An extension of NE control to singular control problems has been proposed in the companion paper for single-input problems. In this article, a generalisation to multiple-input systems is presented. In order for these controllers to be tractable from a real-time optimisation perspective, an approximate NE feedback law is proposed, whose application guarantees, under mild assumptions, that the first-order variation of the NCO converges to zero exponentially. The performance of multi-input NE control is illustrated by the case study of a steered car.