三相变流器线性二次型电流控制研究

三相变流器可实现DC／AC、AC枕能量变换。在三相变流器中,研究变流器的电流控制,可以实现消除谐波,实现ACDC的单位功率因数,DC／AC并网功能以及实现DC／AC双环控制。三相变流器其数学模型为耦合多变量系统,可以选择状态空间的设计方法。笔者提出了一种线性二次型的分析控制方法实现变流器电流控制。调节器结构简单,易于工程实现。     

非线性反馈和二次型调节器在两栖机器人中的应用

球形两栖机器人具有对称的结构和多自由度的运动状态特性,在环境适应性和运动稳定性上具有优势。本文介绍一种可以用于深海水下探测与救援的新型水陆两栖机器人控制系统的结构和建模方法,根据机器人的运动控制模式,推导出具有6个自由度的动态数学模型,并在动态模型的基础上,建立并评估了两种控制模型。第一种是基于二次型调节器(LQR)的控制器模型,第二种是基于非线性状态反馈(FL)的控制器模型。最后对两种控制模型进行水下实验验证及评估,从而证明两种控制器的有效性和优劣性。实验表明:非线性状态反馈系统在响应时间(LQR=67.5s,FL=46.5s)方面都优于有限时域LQR控制器,而LQR控制器在上升时间(LQR=24.5s,FL=39.8s)方面更加具有优势。     

3-RPC型并联机器人模糊PID控制系统研究

基于SolidWorks和Matlab软件关联接口技术,将3-RPC型并联机器人SolidWorks三维模型转换为SimMechanics机构仿真分析模型,并分别进行传统PID和模糊PID控制系统设计。通过系统仿真实验与计算结果对比,得出模糊PID控制在并联机器人控制精度方面优于传统PID控制,且具有良好的系统稳定性。     

基于EtherCAT的6-UPS并联机器人控制系统设计

针对机器人控制系统领域代码复用率低、拓展性差的问题,以6-UPS并联机器人为研究对象,采用开源机器人控制系统ROS为基本框架,借助IGH EtherCAT主站实现ROS系统与机器人之间的通信,在Gazebo-ROS中建立机器人的仿真模型,通过QT-ROS开发相应的人机界面,根据机器人运动学模型编写运动学节点、轨迹规划节点,实现机器人的仿真与实际控制并对底层驱动系统进行实时同步性测试。实验结果表明：控制系统的实时性和稳定性误差均在μs数量级,满足机器人控制系统的需求;通过设置中间路径点,测试仿真机器人以及真实机器人的运动情况,轨迹误差保持在一个脉冲当量以内,具有较高的控制精度。所设计的机器人控制系统可以有效地实现机器人的控制。     

线性二次调节器在机械臂非线性控制中的应用研究

针对应用计算力矩法对机械臂进行非线性控制时动力学模型参数误差会引起伺服误差增大以及系统稳定性下降等问题,将线性二次型调节技术应用到机械臂非线性控制中,开展对机械臂线性化解耦控制律中闭环误差特性微分方程的分析,建立了伺服误差与动力学模型参数误差之间的关系,提出了在控制系统中加入误差补偿项的方法,误差补偿过程考虑为有限阶段马尔可夫决策的过程,利用线性二次调节器(LQR),通过收集先前动作中的伺服误差信息计算得出了补偿项,该方法适用于做重复工作的机械臂。在ADAMS动力学分析软件中的二连杆机械臂模型,以及单关节实验平台上对该方法抑制伺服误差的能力进行了评价,并进行了轨迹跟随试验。研究结果表明,该方法能够有效地补偿动力学模型的误差,减小机械臂伺服误差,提高轨迹精度。     

3/6-SPS型 Stewart机器人的一般线性丛奇异分析

就３／６－ＳＰＳ型Ｓｔｅｗａｒｔ机构的一般线性丛奇异作了分析,给出了特殊位形的判别矩阵,论证了产生这种奇异的运动学原理和几何条件,重点讨论了平台式和球台式Ｓｔｅｗａｒｔ机构的奇异。其结果对类似的虚轴机床Ｈｅｘａｐｏｄ有着重要的应用意义。     

基于遗传算法的并联机器人运动学正解研究

运动学正解分析是对并联机器人其它性能进行分析的基础,也是并联机器人研究中的一个难点。本文采用遗传算法来求解并联机器人的运动学正解,并且利用灰色关联分析对求解结果进行了分组,得到了Stewart平台并联机器人的7组实解。实例表明该方法简单、方便、具有通用性,是求解并联机器人运动学问题的一种新策略。     

3-URS并联机器人位置分析

机器人的位置分析是其设计与应用的基础.介绍了一种3-URS6自由度并联机器人,基于其结构布局特点,推导出这种机器人的位置正、反解方程式,并得到了其位置正、反解的封闭解,在考虑其结构约束的情况下,绘制了定姿态工作空间的截面图和三维立体图,为这种机器人设计及应用奠定了理论基础.     

平面并联机器人离线PID控制优化研究

为了使平面并联机器人在闭环控制系统中具有更稳定的控制性能。对此,这里构建了平面五杆并联机器人动力学模型及其控制系统模型,给出了控制系统的增益矢量p。对机器人系统模型进行离线PID控制优化,通过控制增益来设计控制系统中的增益矢量p,从而实现非线性单目标动态优化（NLMODOP）。在NLMODOP中加入动态约束,采用带约束处理机制的差分进化（DE）算法求解平面并联机器人的非线性规划问题,进而处理不稳定的动态优化。对机器人模型中的五个连杆进行仿真实验,并对有无DE算法控制的仿真结果进行了比较。结果表明：相比于无DE算法,采用DE算法下的机器人系统模型的连杆跟踪位移基本无跟踪误差。说明基于差分进化算法的平面并联机器人离线PID控制优化具有较好的控制精度和跟踪性能。     

基于模糊遗传算法的新型6自由度并联机器人精度综合

精度设计是机器人误差标定技术的重要手段，精度综合是精度分析的逆问题，涉及在工作空间中给定末端操作器的最大位姿误差后，合理地制定出零部件的制造公差及各关节的装配误差的问题。在精度分析的基础上，基于误差独立作用原理和原始误差等效作用原则，考虑运动副配合间隙误差和杆长误差，利用模糊遗传算法，以制造成本最小为优化目标，对6-DOF并联平台机构进行精度综合。该方法的求解结果能满足精度要求，具有实用价值。     

基于自适应遗传算法的新型6自由度并联机器人精度综合

精度设计是机器人误差标定技术的重要手段,精度综合是精度分析的逆问题,涉及在工作空间中给定末端操作器的最大位姿误差后,合理地制定出零部件的制造公差及各关节的装配误差的问题.文中在精度分析的基础上,基于误差独立作用原理和原始误差等效作用原则,考虑运动副配合间隙误差和杆长误差,利用自适应遗传算法,以制造成本最小为优化目标,对6-DOF并联平台机构进行精度综合.该方法的求解结果能满足精度要求,具有实用价值.     

Linear quadratic optimal controller for cable-driven parallel robots

In recent years, various cable-driven parallel robots have been investigated for their advantages, such as low structural weight, high acceleration, and large workspace, over serial and conventional parallel systems. However, the use of cables lowers the stiffness of these robots, which in turn may decrease motion accuracy. A linear quadratic (LQ) optimal controller can provide all the states of a system for the feedback, such as position and velocity. Thus, the application of such an optimal controller in cable-driven parallel robots can result in more efficient and accurate motion compared to the performance of classical controllers such as the proportional-integral-derivative controller. This paper presents an approach to apply the LQ optimal controller on cable-driven parallel robots. To employ the optimal control theory, the static and dynamic modeling of a 3-DOF planar cable-driven parallel robot (Feriba-3) is developed. The synthesis of the LQ optimal control is described, and the significant experimental results are presented and discussed.     

A parallel computing application of the genetic algorithm for lubrication optimization

This study investigated the performance of parallel optimization by means of a genetic algorithm (GA) for lubrication analysis. An air-bearing design was used as the illustrated example and the parallel computation was conducted in a single system image (SSI) cluster, a system of loosely network-connected desktop computers. The main advantages of using GAs as optimization tools are for multi-objective optimization, and high probability of achieving global optimum in a complex problem. To prevent a premature convergence in the early stage of evolution for multi-objective optimization, the Pareto optimality was used as an effective criterion in offspring selections. Since the execution of the genetic algorithm (GA) in search of optimum is population-based, the computations can be performed in parallel. In the cases of uneven computational loads a simple dynamic load-balancing scheme is proposed for optimizing the parallel efficiency. It is demonstrated that the huge amount of computing demand of the GA for complex multi-objective optimization problems can be effectively dealt with by parallel computing in an SSI cluster.     

线性二次最优算法的倒立摆系统仿真与实时控制

文章对倒立摆进行了详细的力学分析,建立了该种倒立摆的数学模型,并为系统设计了线性二次指标最优控制器。然后,通过计算机数值仿真实验,为倒立摆控制系统选取合适的性能指标和状态反馈矩阵,仿真实验结果说明,应用该状态反馈控制,能够取得了良好的控制效果。最后,文章建立了基于matlabRTW实时工具箱的倒立摆实时控制平台。通过倒立摆的实时控制实验,验证了理论分析和数值仿真的正确性。     

基于遗传算法的医药码垛机器人结构参数优化研究

针对应用在医药包装生产线上的码垛机器人的工作空间狭小和臂长冗余的问题,提出了一种结合图解法和解析法来分析求解的新方法。建立了码垛机器人的D-H正运动学理论模型,并验证了模型的正确性。在此基础上考虑实际工况,通过遗传算法工具箱对其臂长和工作空间进行了多目标参数优化,获得了符合工作要求的优化设计变量。最后通过Sim Mechanics模块对码垛机器人进行了结构建模和工作空间仿真。研究结果表明,所获得的优化设计变量满足预期的设计要求,码垛机器人的有效臂长明显缩短,工作空间显著提高且没有内腔,具有很好的工作性能,同时为码垛机器人的结构设计和参数优化提供了理论依据。     

遗传算法及其在机器人控制中的应用

遗传算法是建立在模拟自然界生命进化机制基础上的一种新型搜索和优化方法.本文介绍了遗传算法的概念、基本原理及其优点,讨论了它在机器人控制领域中的应用.并指出了遗传算法存在的问题和在机器人控制中的未来发展方向.     

基于二次优化的节能控制器研究

针对建筑物中的设备能耗问题,通过对关键能耗设备采用二次优化型控制器,把节省能源建立在过程优化控制的内在因素中,该二次优化型控制器嵌有控制算法解释程序。研究结果表明,它能对基于IEC61131-3标准的控制算法组态程序解释运行,从而实现控制算法的组态和配置。     

基于遗传算法的新型2-DOF并联机构优化设计

提出了一种新型2-PRR两自由度并联机构,可应用于并联机床的主轴平台,并介绍了其机构组成及其结构特点.针对该并联机构,建立了运动学方程,给出了机构的雅克比矩阵;详细描述了该机构动平台能够实现A向±90.偏转的机构设计过程,并基于遗传算法,以机构的灵巧度为目标对机构进行了优化.优化的结果通过仿真验证,表明机构在整个偏转空间中操作性能较好,且无运动干涉现象.     

基于遗传算法的2自由度并联机构的优化设计

对一种两自由度并联机构进行精度分析,给出了机构参数的误差影响因子矩阵.以动平台姿态误差最小为目标建立了的优化目标函数,并采用遗传算法求得全局最优解.