挖掘机器人的模型与自适应模糊滑模控制

为实现挖掘机器人的自动挖掘,在挖掘机器人的轨迹规划器给出铲斗期望运动轨迹的情况下,需要挖掘机器人的控制系统能够控制其工作装置实现对给定轨迹的准确跟踪.利用拉格朗日方法建立了挖掘机器人工作装置的三自由度动力学方程,设计了自适应模糊滑模变结构控制器.利用模糊控制动态调节切换增益,将滑模控制的切换项转化为连续的模糊系统,增强了控制系统对挖掘机器人工作装置不确定性和外界干扰的鲁棒性,削弱了滑模控制的抖振现象,并且有较强的自适应跟踪能力.利用MATLAB7.4/Simulink工具箱对所设计的控制器进行了仿真,给出了自适应模糊滑模控制的跟踪性能及误差.     

装载机工作装置轨迹的自适应模糊滑模控制

为实现装载机工作装置的轨迹跟踪控制,建立装载机工作装置的二自由度运动学和拉格朗日动力学方程。装载机工作装置具有明显的非线性和不确定性特征,并存在外部干扰,设计了自适应模糊滑模变结构控制器。利用模糊控制动态调节切换增益,将模糊控制的切换项转化为连续的模糊系统,增强了控制系统对装载机工作装置的不确定性和外界干扰的鲁棒性,削弱了滑模控制的抖振现象。设计过程采用了方法,保证了控制系统的稳定与收敛,仿真结果给出了自适应模糊滑模控制的跟踪性能及误差。     

挖掘机的4自由度自适应模糊滑模控制

为实现挖掘机回转和工作装置的轨迹跟踪控制,建立挖掘机回转和工作装置的4自由度运动学和拉格朗日动力学方程.挖掘机工作装置具有明显的非线性和不确定性特征,并存在外部干扰,所以将滑模变结构理论用于其控制系统.针对滑模控制的抖振可能激活高频动态和破坏控制器部件的缺点,设计自适应模糊滑模控制器.控制规则包括3部分:等效控制、调整控制和切换控制.利用自适应模糊系统输出动态调节切换增益以逼近系统不确定性的上界,将滑模控制的切换项转化为连续的模糊输出,削弱了滑模控制的抖振现象,并且有较强的自适应跟踪能力.针对一个完整的挖掘卸料过程,将所设计的控制器用于仿真试验,给出自适应模糊滑模控制的跟踪性能及控制输入的效果.     

4-SPS(PS)并联机构模糊自适应滑模控制系统设计

针对并联机构传统控制方式轨迹跟踪精度误差较大的缺陷,提出了一种基于4-SPS(PS)并联机构的动力学方程和模糊自适应(Fuzzy-Adaptive SMC)滑模控制器的控制系统。首先,基于螺旋理论及反螺旋理论,设计了一种4-SPS(PS)并联机构,并采用微运动法(Micro-Motion Method)对机构的运动学方程进行了探讨。其次,基于机构的动力学方程,结合模糊自适应算法,设计了一种新型滑模控制器(SMC),模糊自适应算法的作用是实时地修正系统的不确定和非线性项参数,有效抑制了SMC系统的抖振现象。最后,建立了机构的系统仿真框图和实验平台,分别对机构进行仿真分析和实验研究。结果表明:模糊自适应滑模变结构控制器的轨迹跟踪精度高,鲁棒性强,稳态误差小,从而验证了该新型SMC控制器的有效性。     

基于模糊滑模控制的工业机器人运动不确定性分析

针对工业机器人运动学和动力学不确定性的问题,在分析工业机器人运动学和动力学模型的基础上提出了一种模糊滑模变结构控制方法。基于滑模变结构控制原理设计了一种工业机器人滑模变结构控制器。采用模糊逻辑系统补偿运动不确定性造成的跟踪误差,以提高跟踪精度,消除系统"抖振"的影响,并利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性。最后基于二自由度工业机器人进行了仿真分析,仿真结果表明:在机器人运动参数无法精确确定的情况下,模糊滑模控制器仍具有较好的跟踪性能、快速响应特性和鲁棒性。     

模糊滑模变结构控制在混合输入平面五杆机构中的应用

在分析混合输入平面五杆机构动力学模型的基础上，以滑模变结构理论为基础，应用模糊控制法则，设计出模糊滑模变结构控制器，利用Simulink对系统响应进行计算机仿真，并将仿真结果与用传统的PID控制器的结果进行了比较。研究表明，模糊滑模变结构控制器能够更好地保证系统跟踪的稳定性，使其有良好的稳健性和稳态响应。     

车辆驱动桥加载实验台的自适应反推滑模控制研究

针对车辆驱动桥加载实验台存在的不匹配耦合干扰等问题,提出了一种基于自适应反推滑模控制(ABSMC)算法的控制器。首先,根据系统原理和传递函数,分别列出了含有不确定性的转速控制系统和转矩控制系统的状态空间方程;然后,利用基于李雅普诺夫的反推法和滑膜变结构控制法,进行了系统控制率的设计,并采用自适应控制策略对系统的耦合干扰进行了估计;最后,利用仿真的方式对控制器的有效性进行了验证。研究结果表明：采用自适应反推滑模控制时,转速和转矩控制系统的正弦跟踪性能明显优于自适应控制,系统跟踪精度高、稳态误差小;分别添加耦合干扰时,系统具有自适应性;在强烈干扰情况下,转速系统的最大跟踪误差为0.05 r/min,转矩系统的最大跟踪误差为0.09 N·m。     

差速驱动AGV建模和轨迹跟踪控制研究

针对应用于工厂物料运输的差速驱动AGV,在实际工作中轨迹跟踪控制将会受外界干扰等因素的影响,提出了一种自适应模糊滑模轨迹跟踪控制律.首先建立了差速驱动AGV的数学模型;然后针对AGV运动学模型设计了Backstep-ping方法控制律,得到虚拟控制速度;针对其动力学模型设计了以力矩为控制输入的自适应模糊滑模控制律,使得其能够对虚拟速度进行跟踪,其中利用模糊系统的万能逼近特性,逼近滑模控制器的切换部分来避免滑模控制的抖振现象;采用Lyapunov稳定性理论分析证明了控制系统的稳定性.最后仿真试验表明了所设计的控制律能有效的跟踪参考轨迹.     

多关节机器人反馈线性化双模糊滑模控制

为了提高多关节机器人轨迹跟踪控制性能,提出了一种反馈线性化双模糊滑模控制方法。该方法在对机器人非线性动力学模型反馈线性化的基础上,设计了一种双模糊滑模控制器。通过设计一个模糊控制器,根据跟踪误差和误差变化率自适应地调整滑模面的斜率,从而加快响应速度。通过设计另一个模糊控制器,根据滑模面自适应地调整滑模控制的切换控制部分,从而减弱抖振。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。针对空间三关节机器人进行了仿真实验,结果表明了所提方法的有效性。     

3-RPS并联机构滑模变结构控制系统设计

针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度较低的问题,设计了一种基于并联机构动力学方程和比例切换控制律的滑模变结构控制器(SMC)。首先,建立机构的Matlab/Sim Mechanics仿真分析模型,采用微位移法求解并联机构的Jacobian矩阵及通过工作空间分析确定机构的最佳尺寸参数,为控制系统提供理论参考输入值。其次,设计滑模变结构控制器,运用Lyapunov函数证明滑模变结构控制器的稳定性;最后,建立机构的PID控制和SMC控制系统Matlab/Simulink框图,分别对其进行仿真分析与对比。结果表明,SMC控制器的轨迹跟踪精度比PID控制器的精度高,稳态误差小,且鲁棒性强,响应速度快,从而验证了SMC控制的有效性。     

滚筒截割负载扰动对采煤机调高的影响

针对采煤机调高过程中滚筒截割负载扰动对调高机构动态响应特性的影响进行了研究。根据非对称阀控缸模型,建立了调高机构控制传递函数模型。根据采煤机工况分析了滚筒截割负载等效到调高机构的负载模型。使用常规PID和模糊PID控制器对不同滚筒截割载荷和牵引速度情况下的调高机构进行了控制仿真。研究结果表明：使用模糊PID控制器对调高机构进行控制,具有更好的跟踪性能,控制效果受截割阻抗和牵引速度的变化影响更小。     

Adaptive fuzzy sliding-mode control for the Ti6Al4V laser alloying process

It is well known that surface alloying quality may vary significantly with respect to process parameter variation. Thus a feedback control system is required to monitor the operating parameters for yielding a good quality control. Since this multi-input and multi-output (MIMO) system has nonlinear coupling and time-varying dynamic characteristics, it is very difficult to establish an accurate process model for designing a model-based controller. Hence an adaptive fuzzy sliding-mode controller (AFSMC) which combines an adaptive rule with fuzzy and sliding-mode control is employed in this study. It has an on-line learning ability for responding to a system’s nonlinear and time-varying behaviours. Two adaptive fuzzy sliding-mode controllers are designed for tuning the laser power and the traverse velocity simultaneously to tackle the absorptivitiy and geometrical variations of the work pieces. The simulation results show that good surface lapping performance is achieved by using this intelligent control strategy.     

液压机械无级变速器的变论域模糊PID速比跟踪控制

为提高液压机械无级变速器速比跟踪控制效果,设计了基于量化因子和决策因子伸缩变化的变论域模糊PID控制器。通过分析液压机械无级变速器的速比特性和系统数学模型,建立基于AMESim和MATLAB联合的仿真平台,并通过实验平台验证了仿真模型的正确性。对比了变论域模糊PID和常规模糊PID的仿真效果。仿真结果表明：变论域模糊PID控制器在阶跃信号输入下具有更小的超调量和调整时间,在斜坡和正弦信号输入下速比跟踪误差缩小了约50%,即所设计的变论域模糊PID控制器具有更优的速比跟踪效果和更小的速比跟踪误差,表现出了更优的控制效果和动态品质。研究结果为车辆的最佳燃油经济性和最佳动力性的控制策略提供了理论参考。     

基于电液伺服系统的多绳缠绕式提升机浮动天轮主动调绳性能研究

在多绳缠绕式超深矿井提升机运行过程中,采用基于电液伺服系统的浮动天轮主动调绳装置,调节钢丝绳的张力。根据浮动天轮主动调绳装置的结构和原理建立阀控缸液压伺服系统的数学模型,设计了电液伺服系统的模糊自适应PID控制器,提出了一种基于模糊自适应PID控制的电液伺服系统实现浮动天轮主动调绳的控制方法,并建立了相应的数字仿真模型,以不同扰动频率的正弦函数输入模拟钢丝绳的振动,分析了液压缸的动态特性。仿真结果证明了采用模糊自适应PID控制方法的电液伺服系统浮动天轮主动调绳装置的有效性。     

Output feedback tracking control of uncertain robot manipulators via higher-order sliding-mode observer and fuzzy compensator

This paper develops a new method to control uncertain robot manipulators by using only position measurements. The controller is designed based on a combination of a computed torque controller (CTC) with a higher-order sliding-mode observer and a fuzzy compensator. First, three higher-order sliding-mode (SM) observers (second-order SM, third-order SM and third-order SM linear (TOSML) observers) are designed and compared to verify whether the TOSML observer is the best for observing velocity and identifying uncertainty. A combined CTC-TOSML controller was then designed. Although this controller scheme can overcome the drawbacks of conventional CTCs, its tracking performance can still be improved. To enhance capability of the tracking performance, a CTC-TOSML controller plus fuzzy compensator called a CTC-TOSML-Fuzzy controller is proposed. The proposed controller increases the potential of the CTC for real robot applications. Finally, computer simulation results on a PUMA560 robot are discussed to verify the effectiveness of the proposed strategy.     

Hierarchical Control of Ride Height System for Electronically Controlled Air Suspension Based on Variable Structure and Fuzzy Control Theory

The current research of air suspension mainly focuses on the characteristics and design of the air spring. In fact, electronically controlled air suspension(ECAS) has excellent performance in flexible height adjustment during different driving conditions. However, the nonlinearity of the ride height adjusting system and the uneven distribution of payload affect the control accuracy of ride height and the body attitude. Firstly, the three-point measurement system of three height sensors is used to establish the mathematical model of the ride height adjusting system. The decentralized control of ride height and the centralized control of body attitude are presented to design the ride height control system for ECAS. The exact feedback linearization method is adopted for the nonlinear mathematical model of the ride height system. Secondly, according to the hierarchical control theory, the variable structure control(VSC) technique is used to design a controller that is able to adjust the ride height for the quarter-vehicle anywhere, and each quarter-vehicle height control system is independent. Meanwhile, the three-point height signals obtained by three height sensors are tracked to calculate the body pitch and roll attitude over time, and then by calculating the deviation of pitch and roll and its rates, the height control correction is reassigned based on the fuzzy algorithm. Finally, to verify the effectiveness and performance of the proposed combined control strategy, a validating test of ride height control system with and without road disturbance is carried out. Testing results show that the height adjusting time of both lifting and lowering is over 5 s, and the pitch angle and the roll angle of body attitude are less than 0.15?. This research proposes a hierarchical control method that can guarantee the attitude stability, as well as satisfy the ride height tracking system.     

高速开关阀控气动位置伺服系统的模糊自适应PID控制

为实现高速开关阀控气动位置伺服系统的精确控制,以4个高速开关阀控制气缸的结构作为研究对象,提出一种模糊自适应PID算法以提高其控制精度。介绍了系统的结构与工作原理,并在此基础上建立系统数学模型。针对常规PID控制器难以适应多工况位置跟踪的问题,利用模糊控制原理对PID控制器的参数进行在线调整,以满足系统控制过程中对于参数的不同要求。实验结果表明,采用模糊自适应PID控制能够获得良好的位置控制性能。跟踪不同幅值阶跃信号时,均能够实现无超调位置跟踪且稳态误差小于0.2 mm,跟踪幅值为30 mm,频率为0.5 Hz的正弦信号时,最大跟踪误差、平均跟踪误差及标准跟踪误差分别为2.4, 0.82, 0.46 mm。     

Control of a permanent magnet synchronous motor with a fuzzy sliding-mode controller

This paper is concerned with the topics in the speed control of a permanent magnet synchronous motor (PMSM). First, the vector control scheme in the synchronously rotating reference frame is used to formulate the PMSM model as the system plant. Then, the modern control theory using a sliding mode with fuzzy controller is presented to design the corresponding closed-loop system and Matlab/Simulink software is used for computer simulation. The original PMSM is stable, sluggish with large overshoot deficiency. It can be shown that the proposed fuzzy sliding-mode controller not only can delete the overshoot problem and achieve very good tracking performance without zero steady-state errors, but can also obtain good robustness to system parameter uncertainty. This proposed fuzzy-sliding mode controller for PMSM can be applied to the positioning control of the robot arms to suppress unnecessary vibrations. For assembly lines, this proposed controller can be used to obtain fast tracking ability, less steady-state errors, and robustness for different velocity movements.     

输入受限的非完整移动机器人的自适应模糊控制

提出了一种非完整移动机器人饱和自适应模糊轨迹跟踪控制方法,该方法基于反演技术分别设计了系统的运动学控制器和动力学控制器。运动学控制器通过引入分流控制技术解决了初始速度跳变引起的控制量突变问题,动力学控制器利用饱和函数和受限控制参数实现了其有界力矩控制。自适应模糊控制器将模糊逻辑系统与自适应方法相结合,有效消除了常规方法难以解决的系统未知不确定性对系统的影响。通过Lyapunov直接法证明了该系统是收敛且渐进稳定的。仿真结果验证了所设计控制器的良好控制性能和强鲁棒性。