欠驱动非线性控制方法综述

欠驱动系统非线性控制是目前自动控制领域研究的一个新热点。该文针对欠驱动水面船舶这一典型欠驱动机械系统,综述了当今国内外关于欠驱动镇定及航迹跟踪控制器设计的新方法,并提出了欠驱动控制的研究方向。     

欠驱动冗余度机械臂的动态自重构

分析了欠驱动冗余度机械臂不同机构模式下运动学模型及动力学模型之间的关系,给出了欠驱动机械臂工作于全驱动模式下的动力学操作性度量指标。提出了一种欠驱动机械臂工作在欠驱动模式时的基于非线性控制技术的自运动控制方法,利用少维数的控制输入实现了机械臂的多维关节空间的运动控制,使欠驱动冗余度机械臂能完成自运动流形控制。提出一种动态提高欠驱动冗余度机械臂工作于全驱动模式时的操作性能的方法,通过有两个被动关节的平面四关节欠驱动机械臂进行了仿真验证。     

欠驱动余度机械臂的无碰撞运动规划与控制

基于周期运动的非线性动力学分析,发现欠驱动机械臀在小幅振动输入条件下有运动漂移现象,即当欠驱动机械臂的主动关节小幅振动时,被动关节的平衡位置将发生漂移。基于这一现象提出了被动关节位置控制的余弦函数小振幅控制方法:把人工势场方法引入冗余度机械臂的避障运动规划,提出了欠驱动冗余度机械臂的虚拟模型运动规划方法:把以上两种方法有机结合,提出了一种欠驱动冗余度机械臂的避障运动规划和控制方案,对平面三连杆欠驱动机械臂进行了仿真,仿真结果表明这一方法是可行的。     

欠驱动机器人可控性研究方法综述

欠驱动机器人是指控制输入少于系统自由度的一类机器人.由于系统中非完整约束的出现,可积性和可控性成为对欠驱动机器人进行有效控制首要关心的问题.该文分析了欠驱动机器人约束的可积性,综述了此类机器人系统的线性可控性,非线性可控性等其他分析方法的研究进展,并提出了欠驱动机器人控制进一步的研究方向.     

一种独轮车机器人的动力学建模及俯仰平衡控制

针对一台3驱动独轮车机器人系统,分析了其动力学特性并给出了一种可以实现其前后俯仰平衡运动的控制方法。根据行走轮与地面接触的非完整约束特性,引入Chaplygin方程建立系统的动力学模型,结果发现独轮车机器人是一个具有6个独立广义速度、3个欠驱动自由度的欠驱动系统。考虑车体俯仰平衡运动的力学子系统,采用部分反馈线性化方法,将其中的欠驱动车体俯仰角线性化,并选择车体俯仰角和行走轮转动角为输出,设计了系统俯仰平衡运动的非线性控制器。最后通过数值仿真控制与物理样机实验验证了所设计控制器的有效性。     

一种新型非完整开链式欠驱动机械手臂设计

依据现有非完整力学原理和非线性控制理论,采用摩擦圆盘运动分解合成机构,设计了一种仅由两个伺服电机控制的多关节欠驱动机械手,这种多关节欠驱动机械手具有可控性。这种设计为研究开发轻型机器人、多指机械手、以及危险环境作业机器人和医疗机器人等方面提供了一个新的思路。     

基于模型预测控制的UUV路径跟踪控制研究

水下无人航行器(UUV)的路径跟踪控制是实现UUV多种军、民用途的重要技术基础。针对UUV路径跟踪控制中的欠驱动、非完整约束、模型的非线性,基于非线性连续模型预测控制算法设计了UUV垂直面路径跟踪控制器。建立了垂直面运动模型并基于状态空间模型给出了垂直面预测模型,通过给定性能指标,运用泰勒级数展开与李导数求解出了连续时间状态下的最优控制律,实现了欠驱动UUV路径跟踪控制。通过仿真实验,验证了垂直面路径跟踪控制器设计的有效性。     

欠驱动桥式起重机自适应模糊滑模抗摆控制

针对不确定欠驱动桥式起重机负载抗摆控制问题,提出一种模糊滑模控制方法。首先将整个系统分成几个不同的子系统,分别设计子系统的滑模面;然后从一级滑模面构造二级滑模面。基于模糊逻辑和自适应率分别逼近未知非线性函数和估计干扰上边界,李亚普诺夫稳定理论和滑模控制确保欠驱动系统鲁棒稳定性,桥式起重机系统的仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法

为了提高机器人机械臂故障曲线跟踪准确性，本文设计了基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法。分析机器人欠驱动机械臂关节故障原理，建立动力学模型实现对关节故障的检测。采用分散控制的思想将机器人欠驱动机械臂容错控制分为故障检测、信号重构、取代控制以及反馈控制四个部分，依据这四部分设计容错控制律，实现对速度信号与错误信息的实时反馈。在此基础上，通过干扰观测器实现控制律的干扰补偿，使容错控制后的机器人欠驱动机械臂具有抗外界干扰能力，以此完成控制方法设计。分析实验结果可知，所提方法不仅提高了故障曲线跟踪的准确性，减少了欠驱动机械臂容错控制后的稳态时间，满足了机器人欠驱动机械臂容错控制设计需求。     

欠驱动AUV基于干扰观测器的滑模控制

为了提高欠驱动自主水下机器人在外部干扰影响下的航向跟踪控制性能,设计一种基于非线性干扰观测器的滑模控制器.有条件地简化欠驱动自治水下机器人的水平面模型,建立简化模型的状态方程;构造非线性干扰观测器,设计基于干扰观测器的滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论确保闭环系统的稳定性.仿真结果表明:存在外界干扰的情况下,基...     

电液伺服系统的非线性控制

针对电液伺服系统非线性、参数时变的特点,为提高系统的性能,首先讨论了系统的非线性数学模型,利用逆系统解耦控制方法,将非线性系统转化成伪线性系统,进行线性控制;在此基础上,提出了一种模糊PID自适应非线性控制设计方案,与逆系统控制方法进行了仿真比较;结果表明,采用模糊PID控制,在系统参数变化、外界扰动的影响下,具有较好的自适应性和动态鲁棒性能。     

基于逆系统的非线性自适应逆控制

针对非线性系统自适应逆控制的不完善,本文引入逆系统方法将非线性系统转化为伪线性系统,然后使用最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立了逆系统模型,最后利用成熟的线性系统自适应逆控制理论实现非线性系统的自适应逆控制。引入逆系统方法后实现了两大功能:其一,消除了非线性系统的干扰,而且不需要设计逆对象模型:其二,实现了多变量(n维变量)之间的解耦,而且节省了3n(n-1)个线性滤波器的设计。本文针对一个典型多变量二阶系统实现了非线性系统的自适应逆控制,仿真试验表明该方法不但能够很好地消除非线性系统的干扰,而且还实现多变量的解耦控制。     

基于干扰观测器的时滞非线性切换系统滑模控制方法

为实现更加精准的时滞非线性切换系统滑模控制,应用干扰观测器设计一种新的系统滑模控制方法。构建时滞非线性切换系统模型,针对系统在发生结构变化时会产生复合干扰变化的情况,设计了一种非线性切换干扰观测器,实施系统不连续干扰的估计。通过 Backstepping 方法结合干扰观测器,设计一种切换滑模控制器,依据标量非线性特性打造一个滑模面,通过滑模控制器算法使时滞非线性切换系统能够满足滑模面的实际可达性条件,完成切换滑模控制器设计,实现系统的滑模控制。对设计的滑模控制方法进行测试,实验中选择的时滞非线性切换系统为一种变后掠翼 NSV 。实验结果表明,该设计方法能够实现较为准确地切入信号跟踪,表现出了很好的切换复合干扰估计性能。     

基于遗传算法的非线性控制系统参数优化方法

本文针对非线性控制系统参数优化问题,结合非线性控制系统理论、最优化理论及遗传算法,提出了一种新的仿真优化方法,该方法利用遗传算法来求解非线性控制系统参数优化问题,由于遗传算法是在解空间的多个区域内进行搜索,能以较大的概率跳出局部最优,因此可技巧以整体最优解。仿真结果表明,该方法是一种有效的非线性控制系统参数优化方法。     

非线性控制系统的支持向量机辨识建模研究

针对非线性控制系统辨识建模难的问题,系统研究了基于支持向量机的非线性控制系统的辨识建模理论和方法,然后利用回归支持向量机(Support Vector Regression,SVR)设计了一个非线性控制系统的辨识建模系统.仿真试验结果表明,SVR具有很高的建模精度和较强的泛化能力,从而验证了该辨识方法的有效性和先进性.     

步进式加热炉电液比例泵缸系统仿真与应用

非对称泵缸系统多用于变速场合，这种泵缸系统多为本质非线性、时变、强干扰系统。本文用PID控制实现电液斜盘位置和流量的控制，使系统的不确定性和非线性等得到补偿。仿真和实验表明，所开发的PID控制器能够较好地实现模型跟踪控制，跟踪性能有较大改善。     

基于粒子群优化的混合模型预测控制研究

为解决复杂非线性系统的控制精度不高,稳定性难于保证等问题、将预测控制技术应用于非线性控制中,提出了一种基于粒子群优化和混合模型的预测控制算法.混合模型预测控制算法使用模糊聚类和最小二乘法建立了系统的复合模犁,由带压缩因子的粒子群算法优化获得了非线性控制系统的控制量,在非线性模型上对模糊预测控制算法和混合模型预测控制算法...     

采用炉膛辐射信号的锅炉燃烧系统模糊神经网络预测控制的仿真研究

针对火电厂燃烧过程中主蒸汽压力控制系统的大时滞、大惯性和非线性 ,采用以炉膛辐射信号为中间被调量的串级控制系统 ,并设计一个基于神经网络预测模型的模糊神经网络控制器作为主控制器。该控制器首先将神经网络与预测控制相结合 ,采用递阶遗传算法对神经网络的结构和权值分别进行训练 ,以实现非线性、大时滞系统模型的精确预测 ;然后将模糊控制与神经网络相结合 ,实现模糊神经网络预测控制。考虑到炉内剧烈的湍流燃烧造成炉膛辐射信号包含随机分量 ,又设计了一个附加判断器的二自由度 PID控制器作为副控制器。仿真结果表明 ,该方案显著提高了非线性、大时滞燃烧系统的控制品质 ,且易于工程实现     

填料塔热交换系统的模糊模型PID优化控制

建立了填料塔热交换实验装置的计算机控制系统.针对过程的严重非线性与不稳定性,在机理分析的基础上建立了分段非线性模型,提出了一种基于T-S模糊模型的非线性系统PID优化控制算法,设计了该装置的模糊模型PID优化控制器.实验结果与传统的PID控制结果进行对比表明,采用模糊模型PID优化控制方法能够有效解决非线性控制问题,控制效果令人满意.     

非线性机械系统的模糊保代价控制

研究了具有不确定参数的非线性机械系统的稳定模糊保代价控制问题。采用T-S模糊模型描述非线性机械系统，对具有范数有界、时变参数不确定性的机械系统，得到了存在稳定模糊保代价控制器的充分条件，推算出了相应的线性矩阵不等式(LMI)形式。在非线性质量-弹簧-阻尼机械系统中的应用，验证了算法的有效性。