全向移动机器人的自抗扰轨迹跟踪控制

针对4-Mecanum轮全向移动机器人轨迹跟踪问题,设计了一种自抗扰控制器。首先对机器人的运动学与动力学模型进行分析;其次由反步法设计运动学控制器,并根据机器人在运动过程中受到未知干扰的现象,设计了改进的扩张状态观测器和动力学控制器;最后在不同扰动的作用下进行仿真。对比结果表明该控制器跟踪误差小,收敛速度快,观测器能够快速准确地估计出不确定因素对机器人的扰动并进行实时补偿,验证了该控制器具有较好的抗干扰性和鲁棒性。     

二自由度机械手鲁棒跟踪控制器的一种设计方法

叙述了鲁棒控制系统在二自由度机械手上的设计方法及仿真结果。此方法考虑了机械手的非线性和强耦合特性,用一个结构和参数都是固定不变的控制器,来保证即使不确定性对系统的性能品质影响最恶劣的时候也能满足设计要求。以两个自由度的机械手为例,对于应用此理论所得到的控制规律跟踪预先指定的轨迹进行了仿真研究,其仿真结果表明此方法是较为理想的。     

船体除锈机械手的干扰抑制轨迹跟踪控制

船体外壁除锈喷漆过程中需要控制机械手臂的变幅和伸缩油缸协调动作,以保证机械手臂末端在垂直轨迹方向上的匀速直线运动。针对运动过程中存在的机械手臂的柔性变形不确定性等干扰以及比例阀油缸系统内部状态量的不可测性,运用Lyapunov稳定性理论设计了基于降维观测器的干扰抑制轨迹跟踪控制器,并将所设计控制器对干扰的鲁棒性与传统PID控制进行了仿真对比。同时,应用所设计的控制算法对样机进行了相关测试,验证了所设计的控制器对机械臂外部干扰的抑制作用。     

多色套准系统前馈自抗扰控制器设计

针对无轴传动凹印机对多色套准控制系统高精度和高稳定性的要求,提出了一种基于自抗扰控制(Active disturbance rejection control,ADRC)技术设计前馈控制器的方法。根据套准系统的工作机理,建立了多色套准系统的非线性耦合数学模型,并利用一阶泰勒公式对其进行了线性化。为了满足高速、高精度套准控制的要求,以建立的四色套准系统线性模型为基础,利用前馈和ADRC控制技术设计了套准系统前馈ADRC控制器,一方面采用前馈控制对各套准误差的已知干扰进行前馈补偿,另一方面采用ADRC对套准系统输入进行调节并对未知干扰进行主动估计和补偿。仿真结果表明,所设计的多色套准系统控制器有效地抑制了各种干扰对套准误差的影响,实现了高精度套准控制,具有比PID控制器更好的控制性能。     

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。     

基于自抗扰方法的机电作动系统位置控制器设计

针对机电作动器中存在的非线性、多变量、强耦合等问题,利用自抗扰控制方法设计了一种位置伺服控制器。介绍了机电作动器的动力学模型,在控制器设计过程中将负载变化和未知时变扰动视为综合总扰动,并利用扩张状态观测器对综合扰动进行观测并给予补偿。数值仿真结果表明,提出的控制器具有较强的鲁棒性,能满足系统对快速性和准确性的要求,而且能够有效抑制负载变化和不确定性扰动。     

刚性臂机器人自适应控制方法研究进展

综述了近年来刚性臂机器人自适应控制方法的研究现状，重点对应用于刚性臂机器人自适应控制的模型参考自适应控制、基于计算力矩的自适应控制和基于无源性的自适应控制等控制方法进行了分析比较，最后提出了今后应该研究的内容。     

电机驱动机械手的自适应反演变结构控制

综合考虑机械手控制中的电机动态特性 ,提出了自适应反演变结构控制方法 ,在滑动模态下 ,系统对电机子系统和机械子系统中的参数不确定性是鲁棒的 ,而且避免了对关节角加速度的测量。理论和仿真证明闭环系统是全局 L yapunov稳定的     

气动恒力控制系统的自抗扰控制

针对磨削和抛光等对恒力控制装置的迫切需求,开展气动恒力控制系统研究。由于气动系统存在比例流量阀死区、气缸摩擦力以及气体可压缩等非线性问题,提出了一种二阶线性PID自抗扰控制器,并加入了死区补偿器。该控制器采用跟踪微分器对输入信号进行过渡,利用扩张状态观测器对非线性参数影响进行估计,并通过线性PID反馈控制律进行补偿,同时引入死区补偿器快速跳过死区范围。试验结果表明,相比传统PID控制和积分型线性自抗扰控制(I-LADRC),线性PID自抗扰控制具有更好的动态响应以及更强的鲁棒性,并且稳态误差小于2 N。     

柔性冗余度机器人振动主动控制

采用振动主动控制方法降低柔性冗余度机器人的弹性动力响应。设计了具有压电作动器与应变传感器的机敏连杆 ,建立了离散时变受控系统的状态空间表达式。利用 Bellman动态规划设计 L QR状态反馈控制器 ,并提出了一种状态估计的近似方法。平面 3R柔性冗余度机器人的仿真算例表明 ,采用该方法可以使柔性冗余度机器人的动力学性能得到显著的改善     

机械手分散CMAC控制器

针对机械手动力学模型未知情况 ,采用类似于计算力矩法的控制器结构 ,设计了基于 CMA C神经网络分散控制器作为非线性估计器、PD控制器作为跟踪外环的机械手控制方案。分析了该控制方案的稳定性 ,通过仿真验证了该控制方法的有效性。结果表明 ,在未知机械手动力学的情况下 ,控制系统的运行仍是有效的 ,并且不同于传统的自适应控制器 ,不需要计算回归矢量 ,也不必对系统参数做任何线性假设。由于采用分散CMAC结构 ,简化了控制器实现的复杂度 ,易于采用大规模可编程数字逻辑阵列和 ASIC数字电路予以硬件实现。     

轴向主动磁轴承的模糊自抗扰控制

为了实现轴向主动磁轴承的准确和稳定控制,根据模糊控制理论和自抗扰控制(ADRC)理论,设计了轴向主动磁轴承模糊自抗扰控制系统,采用模糊控制器整定ADRC中非线性控制参数,并且给出了其控制算法和控制系统的结构.利用软件Matlab/Simulink对所设计的控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明:所设计的轴向主动磁轴承模糊自抗扰控制系统具有响应速度快、超调量小、抗干扰能力强和鲁棒性好等特点.     

直接驱动型机械手的变结构控制

针对直接驱动型机械手的随动控制问题,提出了一种基于滑动模态扰动观测器的变结构控制器.通过观测由系统的非线性、模型的不确定性和外来干扰所造成的广义扰动,将非线性、强耦合的机械手动力学系统线性化,并解耦为多个单输入、单输出线性系统.控制器的设计不再依赖于机械手的精确模型.在二连杆机械手上做的仿真研究表明,在负载大范围变化的条件下,采用滑动模态扰动观测器的控制系统,比全状态反馈的控制系统具有更好的鲁棒性.     

轻型机器人操作臂的模块化组合式设计方法研究

随着模块化机器人的技术日趋成熟,它的优化设计问题也越来越受到重视。以轻型串联式回转关节操作臂为研究对象,提出了一种以改变各个模块组合的方式和顺序为主的优化设计方法。该方法首先对建立所使用模块的数据库;之后基于给定DH参数生成操作臂所有可行的装配形式表示数组,并基于所建立的数据库使用拉格朗日方程法建立操作臂的显式动力学模型;最后对模块化串联操作臂的组合形式进行优化设计。给出了1个算例,对计算结果的分析证明了所提出方法的有效性。     

混合煤气管道多变量系统自抗扰解耦控制

针对煤气混合蝶阀串联系统具有强耦合、不确定性、干扰因素多、非线性等特点,应用自抗扰控制（ADRC）静态解耦和扩张状态观测器（ESO）动态解耦技术,给出一种适用于煤气混合蝶阀串联系统的ADRC解耦设计方案。为提高系统的响应速度,减少计算量,控制系统去掉跟踪微分器（TD）,并且ESO和NF（非线性反馈）采用线性函数的ADRC。仿真结果表明,该控制方案不仅解耦效果优良,而且具有较好的跟踪性能和抗扰动能力。     

带有迟滞非线性的气动运动模拟平台自抗扰轨迹跟踪控制

针对带有迟滞非线性的气动运动模拟平台的轨迹跟踪提出了带有切换扩张状态观测器的自抗扰控制方法。气动运动模拟平台的迟滞非线性特性主要指气动人工肌肉在正向充气反向放气时长度和拉力曲线的差异。针对此特性设计了切换扩张状态观测器来估计和补偿模型非线性,分别对于气动人工肌肉正反向充放气的不同模型采用不同的观测器增益,以提高状态估计效果,减小跟踪误差。进一步,设计了状态误差反馈控制器,得到了基于切换扩张状态观测器的二阶非线性动态系统全局有界稳定的充分条件。最后实验结果证实了所设计的切换扩张状态观测器的实际效果。     

电液力伺服系统自适应抗扰控制研究

考虑到电液伺服系统中存有各种非线性因素、不确定干扰以及参数时变,为了提高干扰下电液力伺服系统的控制精度,以电液伺服振动实验台作为控制对象,构建其非线性模型,同时使用参数自适应率对不定参数进行补偿,并在反演控制器中引入滑模控制以降低系统的干扰敏感性,利用Lyapunov理论保证闭环系统的全局稳定。对设计的控制器进行实验,模拟在有未知外部位置干扰下的力控制,提升系统的稳定性。实验结果证明,此控制方法能够有效地提升电液力伺服系统的抗干扰跟踪性能。     

四旋翼飞行器的模糊自抗扰姿态控制

姿态控制作为四旋翼飞行器飞行控制系统的核心,必须具备一定的综合抗干扰能力.针对四旋翼无人机的姿态解耦性、抗干扰性、鲁棒性等问题,提出一种基于模糊自抗扰的姿态控制策略.该策略通过设计跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性误差反馈控制律,对系统中的外部扰动和内部扰动进行动态补偿,同时在非线性误差反馈模块的基础上融合了模糊逻辑控...     

汽车主动前轮转向的自抗扰控制器设计

传统转向系统对驾驶员误操作不能予以纠正,在驾驶过程中驾驶员需不断修正方向以消除外界或内部对车辆的扰动;主动前轮转向系统产生独立于驾驶员的附加前轮转角,改变车辆的横向受力状态克服传统转向系统不足。提出采用自抗扰技术的汽车主动前轮转向系统,根据系统的输入和输出动态跟踪理想参考横摆角速度,使车辆在横摆角速度安全裕度内运行。在MATLAB中实现了自抗扰控制器算法,控制CarSim车辆模型进行直线行驶抗扰试验和双移线试验,研究了自抗扰控制转向系统的抗扰动性能、路径跟踪性能以及对参数变化的鲁棒性,并与PID控制试验结果进行对比。试验结果表明,自抗扰控制的主动前轮转向系统改善了车辆操纵稳定性,具有抗干扰能力强、路径跟踪性能良好和鲁棒性强等优点,且各项性能优于PID控制器。     

抑制张力波动传播的自抗扰解耦控制

以减弱机架间张力耦合作用、减小张力波动对下游区段张力稳定的影响为目标,提出线性自抗扰解耦控制解决方案。在建立系统动态机理模型的基础上,将各机架间的动态耦合视为扰动,由线性扩张状态观测器实时估计并采用状态反馈控制予以补偿,通过设计与静态解耦器串联的线性自抗扰控制器,使复杂的多输入多输出MIMO(multi-input-multi-output,MIMO)系统解耦成多个并行的单输入单输出子系统。仿真结果表明:与传统的分散PID控制方法相比,该控制器不仅有效减弱了机架间张力的耦合作用,抑制了张力波动向下游段传播,而且使系统对模型失配和外部干扰等不确定因素具有良好的鲁棒性能。