基于线性矩阵不等式空间遥操作系统的鲁棒H_∞控制

针对具有力反馈空间遥操作系统的时变大时延和环境模型参数不确定问题,提出一种基于线性矩阵不等式(Linearmatrix inequality,LMI)的鲁棒H∞控制方法。对于回路时延是未知时变的遥操作系统,该方法只需要已知时延的上下界,可以解决环境模型参数不确定问题,并获得良好的位置和力跟踪性能。将主从端的动力学模型转化成相应的状态空间方程,并将其离散化、合并为一个离散状态空间方程;然后根据该系统方程,基于LMI方法设计状态反馈控制器,通过定义Lyapunov函数分析闭环系统的稳定性,并且分别给出在环境模型参数确定和不确定情况下,使得闭环系统渐近稳定且满足给定位置跟踪性能的充分条件;仿真试验结果表明所提出的方法可使得遥操作系统渐进稳定且具有好的位置和力跟踪性能。     

微型扑翼飞行机器人气动力测试系统

微型扑翼飞行机器人飞行时的气动力是主要的性能指标,低雷诺数下的空气动力学还没有成熟的理论和经验公式可以遵循,因此需要设计并验证了一个微型扑翼飞行机器人气动力测试系统:采用2个位于水平和垂直方向的力传感器作为敏感元件分别测量微型扑翼飞行机器人飞行时的推力和升力,使用两个柔性铰链分离垂直、水平方向的气动力,降低非测力方向力对力传感器的影响。文末给出并分析了该系统用于微型扑翼飞行机器人气动力测试的实测推力和升力。     

基于MPC和DOB的直线伺服控制系统设计

数控机床用永磁直线同步电动机(PMLSM)在高速度高精度加工时存在的系统滞后、外部扰动、系统参数变化等不确定因素严重影响伺服系统的控制性能。为解决这一问题,提出将模型预测控制器(MPC)和扰动观测器(DOB)相结合的预测鲁棒控制系统。采用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正来提高系统的跟踪性能;采用DOB对外部负载等不确定性扰动进行观测和抑制,进而提高系统的鲁棒性,达到同时提高系统跟踪性能和鲁棒性的目的。仿真实验表明:所提出的控制方法是有效可行的,明显地提高系统的控制精度。     

可降阶区间多项式系统的鲁棒稳定准则

讨论了B>R.Barmish提及的“leapfrog”现象。并给出了可降介多项式的根对参数逐点连续性的一般性证明。之后,引入了参数集中的阶次非增路径的概念,并将排零条件推广文不对题可降阶含参多项式系统,我们改进了定理Kharitonov’s定理和之后的一些多面体多项式族方面的结果。     

一种应用于遥操作系统的机械振动辨识方法

当考虑遥操作系统中轻型机器人的结构振动辨识问题时,由于通讯环节的带宽窄和通讯频率低,传统的振动辨识方法将遭遇瓶颈．因此,研究如何减少振动辨识过程中需要传输的数据量显得尤为重要的．为此,本文借鉴ESPRIT（estimation of signal parameters via rotational invariance techniques）算法,研究了机械结构振动的欠采样辨识问题．提出了ASP（adding sampling points）方法．在ASP中,用平均值矩阵取代了传统ESPRIT算法中的相关矩阵,在保证充分利用采样数据的同时,克服了相关矩阵易产生病态的问题,并减小了计算量;对振动频率和衰减系数分别进行辨识,然后再将它们匹配成对,解决了频率解混叠和衰减系数准确辨识之间的矛盾;利用差异度法匹配振动频率和衰减系数,在匹配过程中可以对辨识出的振动频率进行修正．仿真和实验都证明了该方法不仅可行,而且具有很好的效果．     

基于事件的控制理论研究及其应用

基于事件的规划与控制系统是以非时间运动参考变量作为系统的描述参数,其相关理论内容包括系统的稳定性分析、能控能观性分析等都需要深入研究。针对某一类输入仿射非线性系统,利用非线性系统的反馈线性化理论证明基于事件控制的能控性问题,并在此基础之上利用非线性微分几何理论的能控分布和能观协分布基本概念研究非完整约束系统的基于事件控制的能控能观性问题。以两轮差动移动机器人为应用对象,进行相关分析工作。进行仿真,比较基于时间控制和基于事件控制的方法在时延系统中的控制效果,仿真结果表明基于事件控制能有效地克服系统随机时延带来的影响,在时延系统中明显优于基于时间的控制。     

无源散射变换的双边移动机器人网络遥操作

网络遥操作系统的随机时延给控制器设计带来巨大挑战,严重时破坏系统的稳定性。首先对遥操作无源理论及其波变量控制方法做了简单综述,然后提出直接无源散射变换方法,它将无源双边控制方法推广到具有随机时延的网络遥操作系统中去,保证网络遥操作系统在任何不对称随机网络时延情况下稳定。最后基于此变换方法设计了一个虚拟主从手双边移动机器人网络遥操作方案,并进行了仿真验证,结果表明结出的设计方法能满足系统性能要求。     

微创手术导管机器人系统变论域模糊PID控制

在微创血管手术导管机器人系统控制机器人送导管问题的研究中,为克服手动送管的缺陷,要求导管机器人系统能够快速响应、抗干扰能力强以及对目标轨迹的实时跟踪.传统模糊PID控制由于其精度与响应速度之间的矛盾,限制了在微创手术中的应用.提出采用变论域模糊PID控制,引入伸缩因子,在不降低响应速度的前提下改善模糊PID控制精度,进一步改善系统位置跟踪精度以及在主从微创手术中的实用性.仿真结果表明,所提出的变论域模糊PID控制对系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能,证实了变论域模糊PID控制在主从微刨手术中的优越性与实用性.     

可降阶区间多项式系统的鲁棒稳定准则

讨论Ｂ．Ｒ．Ｂａｒｍｉｓｈ提及的“ｌｅａｐｆｒｏｇ”现象,并给同了可降阶多基式的根对参数逐点连续性的一般性证明,之后,引入了参数集中的阶次非增路径的概念,并将排零条件推广到可降价含参多项式系数,我们改进了Ｋｈａｒｉｔｏｎｏｖ‘ｓ定理和之后的一些多面体多项式族方面的结果。     

直驱XY平台伺服系统预测鲁棒轮廓跟踪控制

针对直驱XY平台中存在的系统延迟、系统参数变化、负载扰动等不确定性以及双轴之间的耦合问题,依据模型预测控制、扰动观测及解耦控制理论,设计了一种模型预测控制器(MPC)、扰动观测器(DOB)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的预测鲁棒跟踪控制系统。利用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正提高系统的跟踪性能。DOB能够抑制系统参数变化及外部负载扰动等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高系统的鲁棒性能。CCC能补偿两轴间的轮廓误差,解决双轴间的耦合问题。仿真实验结果表明,所设计的系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能。所提出的控制方案能够有效地减小系统的轮廓误差,进而提高了XY平台的轮廓加工精确度。