LuGre摩擦模型对伺服系统的影响与补偿

摩擦是影响伺服系统性能的一个主要因素. 为了研究摩擦的影响与补偿, 本文首先建立了基于动态LuGre摩擦的机电伺服系统模型. 根据LuGre模型, 构造了一个非线性观测器来估计摩擦力矩. 然后, 积分反步自适应控制算法被设计从而实现了摩擦补偿和负载扰动估计, 并使用Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性. 仿真结果表明:LuGre摩擦会对伺服系统产生极限环振荡以及低速爬行的影响, 并且提出的补偿方法能够降低摩擦对伺服系统性能的影响以及提高了系统的跟踪精度和鲁棒性.     

基于反步积分滑模摩擦补偿的光电伺服转台控制

针对光电伺服转台在目标搜索、瞄准时出现角度跟踪误差较大、爬行、抖振等问题,本文结合反步法、自适应滑模、LuGre模型的优势,提出了一种反步自适应积分滑模摩擦补偿控制策略。首先根据光电伺服转台工作环境复杂多变的特点,引入环境因子,建立了改进的LuGre模型,然后在李雅普诺夫框架下分步设计子系统与控制律。引入多个自适应律消除参数不确定对系统的影响,采用双非线性摩擦观测器进行摩擦扰动补偿,采用积分滑模增强系统鲁棒性并减小系统稳态误差。由李雅普诺夫定理证明可知系统全局稳定。仿真结果表明,这种新型控制策略能有效抑制摩擦扰动,提高系统角度跟踪精度,可以满足光电伺服转台的高精度跟踪控制的要求。     

基于改进型积分终端滑模控制方法的移动机器人轨迹跟踪设计与实验

为了使移动机器人获得高精度和快速收敛的跟踪性能,设计一种基于积分终端滑模和滑模观测器的轨迹跟踪控制方法.首先,考虑到移动机器人在实际运动过程中会受到地面湿滑、摩擦等原因引起的侧滑扰动的影响,建立其在该扰动影响下的运动学模型;然后,利用该动态模型设计滑模观测器来估计系统受到的扰动;接着,将估计的扰动值前馈至反馈控制器,用来抑制扰动对系统控制性能的影响,从而达到削弱抖振的目的;同时,基于跟踪误差设计积分终端滑模面,并结合滑模面和扰动估计设计新型积分终端滑模控制器;最后,基于Lyapunov稳定性理论对整个闭环系统进行稳定性分析.仿真实验结果表明,所设计的控制器具有更高的跟踪精度和更强的鲁棒性.     

高阶终端滑模控制在稳定平台中的应用

针对稳定平台伺服系统中干扰对跟踪精度的影响,提出一种高阶终端滑模控制算法。首先,提出一种基于super-twisting算法的高阶滑模干扰观测器的设计方法,实现对系统中干扰的快速估计与实时补偿。其次,提出一种基于Lyapunov函数的高阶终端滑模控制器,由到达条件推导而得,高阶终端滑模控制将不连续的切换项作用于变量的高阶微分,使系统在保持滑模控制强鲁棒性的同时又能较大程度地削弱滑模控制中的抖振,实现对未估计干扰的精细化补偿。通过Lyapunov稳定理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明了控制策略的有效性。     

改进非线性干扰观测器的机械臂自适应反演滑模控制

针对传统滑模和传统干扰观测器在机械臂关节位置跟踪中存在的控制输入抖振、需要测量加速度项、应用模型受限等问题,提出一种改进非线性干扰观测器的机械臂自适应反演滑模控制算法。首先,设计改进的非线性干扰观测器进行在线测试,在滑模控制律中加入干扰估计值对可观测的干扰进行补偿;然后选择合适的设计参数,使观测误差指数型收敛;其次,引入反演自适应控制律,对不可观测的干扰进行估计,进一步改善控制系统的跟踪性能;最后,利用李雅普诺夫函数验证了闭环系统的渐近稳定性,并将其应用于机械臂关节位置跟踪。实验结果表明,与传统滑模算法比较,所提控制算法不但加快了系统的响应速度,而且能有效地削弱系统抖振、避免测量加速度项并扩大应用模型使用范围。     

光电平台低速自适应摩擦补偿的研究

关于优化光电平台的稳定性控制问题,由于摩擦干扰引起平台低速不稳定.针对系统非线性摩擦对光电平台伺服系统低速性能的影响,为了提高平台跟踪系统的性能和准确定位,提出根据自适应控制理论、李雅普诺夫稳定理论和库仑摩擦模型,用Stribeck摩擦模型的摩擦补偿方法进行了系统设计.对自适应控制算法进行补偿的效果,进行仿真,结果证明Stri-beck摩擦模型的摩擦补偿算法效果好,接近工程实际,平台伺服系统的低速性能得到了改善和提高,为设计提供了依据.     

一种无模型自适应积分终端滑模控制方法

针对一类包含扰动的非线性离散时间系统,提出一种新的无模型自适应离散积分终端滑模控制算法.该算法基于紧格式动态线性化数据模型,利用离散积分终端滑模控制算法设计无模型自适应控制器,并采用扰动估计技术估计系统的扰动项,其中动态线性化方法中“伪偏导数”的估计算法仅依赖于被控系统的I/O测量数据.理论分析证明了系统输入输出有界,并通过仿真实验验证了所提算法的有效性.     

控制力矩陀螺框架伺服系统期望补偿自适应鲁棒控制

本文针对控制力矩陀螺框架伺服系统中存在的参数不确定性、摩擦非线性及外部干扰问题,提出了一种考虑LuGre摩擦的自适应鲁棒控制方法.针对陀螺框架伺服系统未知惯量和阻尼系数、LuGre摩擦参数不确定性及未知外部干扰上界,设计参数更新律对其进行估计.在此基础上,为提高系统对不确定参数及未知干扰的鲁棒性,设计带有期望补偿的自适应鲁棒控制器,可实现对LuGre摩擦非线性的精确补偿,同时减小测量信号噪声及外部干扰对系统的不利影响.应用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的稳定性.对挠性航天器姿态机动控制的仿真结果,验证了所提方法的有效性.     

基于自组织小波小脑模型关节控制器的不确定非线性系统鲁棒自适应终端滑模控制

针对一类不确定非线性系统的跟踪控制问题,在考虑建模误差、参数不确定和外部干扰情况下,以良好的跟踪性能及强鲁棒性为目标,提出基于自组织小脑模型(self-organizing wavelet cerebellar model articulation controller,SOWCMAC)的鲁棒自适应积分末端(terminal)滑模控制策略.首先,将小脑模型、自组织神经网络和小波函数各自优势相结合,给出一种SOWCMAC,以保证干扰估计方法具有快速学习能力和更好的泛化能力.其次,设计两种改进的terminal滑模面构造方法,并分别给出各自的收敛时间.然后,基于SOWCMAC和改进的积分terminal滑模面,给出不确定非线性系统鲁棒自适应非奇异terminal控制器的设计过程,其中通过构造自适应鲁棒项抑制干扰估计误差对系统跟踪性能的影响,并利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性.最后,将该方法应用于近空间飞行器姿态的控制仿真实验,结果表明所提出方法有效性.     

四旋翼无人机抗干扰轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪过程中存在的参数不确定与外界干扰问题,设计一种双闭环自适应控制策略.为了降低控制器设计复杂度,根据四旋翼无人机系统的欠驱动特性将系统分成姿态内环和位置外环.在扰动观测器的基础上,利用积分型反步控制算法完成无人机位置信息在外界干扰下的稳定跟踪控制.在扰动观测器的基础上,利用自适应滑模控制算法完成无人机姿态信息在参数不确定和外界干扰作用下的稳定跟踪控制.与传统PID控制和滑模控制进行仿真对比,验证所提出控制策略的优越性.     

智能厂房温湿度控制系统

首先分析了厂房温湿度控制与一般建筑物空调系统的区别,指出现在流行的空调控制方法不适合厂房温湿度控制;接着提出一种智能温度控制方法,它不需要确定系统的数学模型,用专控制的方法,在不同控制阶段分别采用开关控制,模糊控制和智能ＰＩＤ控制;最后介绍了实行结果。     

A three-loop model-following control structure: theory and implementation

This article presents a novel three-loop control system, which supplements control structures known from the literature as model following control (MFC). The major advantage of the proposed system is its high robustness to process parameter variations; it is much higher than that offered by single-loop or two-loop control systems. Features of the new structure are revealed by a theoretical analysis that has been carried out from the viewpoint of requirements for a force/pose controller of a Stäubli RX60 manipulator. This article shows how the proposed control structure responds to such strong process parameter variations and makes a comparison to results yielded by single-loop control structures.     

模型跟踪广义预测鲁棒自适应控制器

本文采用滤波CARMA模型,基于内模原理,提出了一种新的广义预测鲁棒自适应控制器,并分析了闭环系统性能,在新的控制器中,引入适当的前馈作用,使得跟踪和调节问题解耦,利用部分状态跟踪、模型参考以及极点配置方法解决跟踪问题,利用多步预测滚动优化方法解决调节问题;适当选择滤波器可以保证对平稳随机扰动有满意的响应,减少可调参数对闭环系统响应的影响,增强系统对未建模动态的鲁棒性,仿真结果表明:该控制器对确定性和非平稳随机扰动具有不变性,对系统时延和阶次变化具有鲁棒性,适用于非最小相位和开环不稳定系统。     

解耦控制的现状及发展

通过对多变量系统解耦设计的必要性分析，介绍了传统解耦、自适应解耦、鲁棒解耦、智能解耦等各种解耦方法，并叙述了各种方法的研究现状和应用情况，同时分析了各种方法局限性。指出解耦控制领域的研究已成为控制理论和控制工程界共同关注的热点。自适应解耦与智能解耦，侧重于控制器的研究，它们更多采用试探、优化方法来设计控制器．理论研究还尚待完善。因此，寻求一种有效的、简单易行的控制方法，即寻求理论与实际结合点，是今后研究的方向。     

Robust containment control in a leader–follower network of uncertain Euler–Lagrange systems

A distributed controller is developed that yields cooperative containment control of a network of autonomous dynamical systems. The networked agents are modeled with uncertain nonlinear Euler–Lagrange dynamics affected by an unknown time‐varying exogenous disturbance. The developed continuous controller is robust to input disturbances and uncertain dynamics such that asymptotic convergence of the follower agents' states to the dynamic convex hull formed by the leaders' time‐varying states is achieved. Simulation results are provided to demonstrate the effectiveness of the developed controller. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

自动化技术专题讲座(Ⅳ)──智能控制技术与应用

主要介绍智能控制的原理、结构、类型和应用。     

Stabilization of robot motion and contact force interaction for third-order motor dynamics

An approach to the synthesis of control laws stabilizing motion and force in contact tasks, based on the exponential stability of the closed-loop control system, is described. When using the synthesized control laws, simultaneous stabilization of both motion and force is achieved with a preset quality of the transient responses. The task is solved in a most general form, taking into account the constraints on robot control, its position and the force of interaction of the robot and the environment, and the external perturbations and inaccuracies of the measuring sensors, when the environment dynamics is being described by nonlinear second-order differential equation, and the robot dynamics includes the third-order equations of the robot actuators dynamics.     

专家PID控制在印染过程温度控制中的应用

对于具有较大时滞,非线性和时变性特点的打样机对象(它是印染行业中的一种小型设备),常规PID控制方法往往难以达到良好的控制效果.本文将专家控制器与常规PID控制器相结合,提出了一种智能控制器结构.试验表明,与常规PID控制器相比,该控制器的控制精度有了明显的提高.     

一种专家智能控制器的仿真研究

该文提出一种专家智能控制器（简称为ＥＩ控制器）．该控制器的参数可基于专家知识和过程参数的变化实时进行调整。仿真结果表明对于工业过程中的大纯滞后、非线性、变参数特性能获得较为满意的调节效果。     

Multivariable PID control by decoupling

This paper presents a new methodology to design multivariable proportional-integral-derivative (PID) controllers based on decoupling control. The method is presented for general n × n processes. In the design procedure, an ideal decoupling control with integral action is designed to minimise interactions. It depends on the desired open-loop processes that are specified according to realisability conditions and desired closed-loop performance specifications. These realisability conditions are stated and three common cases to define the open-loop processes are studied and proposed. Then, controller elements are approximated to PID structure. From a practical point of view, the wind-up problem is also considered and a new anti-wind-up scheme for multivariable PID controller is proposed. Comparisons with other works demonstrate the effectiveness of the methodology through the use of several simulation examples and an experimental lab process.