卧式下肢康复机器人主动柔顺控制实验研究

为保证下肢运动功能障碍患者在康复训练中的安全性和舒适性,利用力反馈信息采用阻抗控制原理设计了康复机器人系统的控制器,通过调整末端位置与力之间的关系使机器人具有一定的柔顺性.建立了系统的控制模型,并在dSPACE平台上进行了实验研究.结果表明,通过调节控制器中的阻抗参数,可以使机器人获得不同的刚度特性和阻尼特性,同时分析...     

基于奇异摄动理论的电液伺服系统Backstepping滑模自适应控制

针对电液伺服位置跟踪系统中存在的非线性特性、系统参数和外部负载的非匹配不确定性,提出了基于奇异摄动理论的电液伺服系统的Backstepping滑模自适应控制。利用奇异摄动中双时间刻度理论将原系统分解为快慢变子系统,分别设计快变和慢变子系统的控制律,再合成得到复合控制器。应用Backstepping的逆向递推方法有效地解决了高阶非线性系统的控制问题,用滑模方法抑制系统的外部扰动,对系统的不确定性参数进行自适应估计。数字仿真的结果验证了所设计控制器的正确性和有效性。     

光电跟踪系统内模控制器的设计

针对光电跟踪系统,提出一种基于内模控制原理的新型位置控制器设计方法。内模控制是一种基于对象数学模型进行控制器设计的新型控制策略,其设计思路是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态逆。该控制器设计方法简单,只有一个可调参数,而且可调参数直接与系统的动态特性和鲁棒性相关,与常规 PID 控制器相比,参数调整更加方便。由实验数据统计分析得出,系统的方位跟踪误差和高低跟踪误差的均方根分别为 0.4mrad 和 0.3mrad,表明该控制器能够提高系统的跟踪精度,从而为高性能光电跟踪系统提供了一种新的控制方法。     

基于非零和博弈的自适应人机协作系统设计

为了提高人机协作的协调性,本文设计了基于非零和博弈的自适应人机协作系统,系统由互相解耦的内外环构成。在外环中,通过引入非零和博弈的方法设计人机协作策略,构建关于人力和机器人控制输入的能量函数,通过求解博弈中的纳什均衡达到最优控制。针对能量函数中的不确定参数,采用神经网络估计器进行更新,以估计人和机器人的力。并且通过设计神经网络函数的中心值,获得机器人控制力与跟踪误差的关系,保证控制方法的跟踪性。在更新过程中自适应调整刚度系数,实现人机柔顺协调。另外,在内环中设计了神经网络控制器,采用径向基神经网络,基于实时采集的机器人系统输入输出数据逼近控制器中未知非线性的机器人动力学模型,提高了系统跟踪精度。仿真结果验证了本文方法的有效性。     

基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计

针对主动悬架系统的质量参数不确定性以及作动器出现的随机故障对车辆行驶平顺性和控制稳定性带来的重要影响,该文提出一种基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计方法。为了描述悬架参数不确定性,基于T-S模糊模型建立1/4车辆的非线性模型,利用故障调节因子表示作动器故障的大小,进而获得考虑悬架系统质量不确定性和作动器故障的车辆主动悬架控制模型。接着,将滑模控制与自适应理论结合,设计合适的滑模面函数和滑模容错控制律,以达到故障悬架系统的容错控制目的;并基于Lyapunov稳定性理论,对所提出控制器稳定性和悬架系统安全约束性能进行了分析。最后,给出一个仿真算例,验证了所设计控制器的有效性和适用性。     

船舶航向非线性系统离散变结构控制

基于非线性模型研究船舶航向自动舵的离散变结构控制设计问题。通过状态反馈精确线性化方法设计了二次型最优滑模面，采用离散趋近律方法求得变结构控制律。研究结果表明，所设计的离散变结构控制器能够快速准确地跟踪设定航向，并对参数摄动和外界风浪干扰具有很强的鲁棒性。     

基于神经网络的离散变结构控制系统

系统研究了基于神经网络的离散变结构控制系统设计方法，提出了几种具体设计方案．神经网络的引入可以使滑模（变结构）控制具备学习与自适应能力，使控制信号得以柔化，从而能够减轻或避免困扰常规滑模控制器的抖振现象，改善控制效果．     

基于遗传算法和H∞控制的悬架系统集成设计

现代设计思想的发展使人们不再满足于只在已有的系统或结构不符合性能要求时设计控制器，而是在设计系统或结构的同时，考虑它们与控制器的集成优化设计问题。针对传统半主动悬架先设计其机械结构参数后设计控制器，易造成系统失去全局最优性能的特点，提出了一种基于遗传算法和H。控制的集成设计半主动悬架机械结构参数和控制参数的方法。理论分析、仿真计算和试验结果均表明：此方法与传统优化设计方法相比，对降低汽车振动、提高汽车行驶平顺性和安全性具有较好的效果。     

基于阻抗控制的幕墙安装机器人柔顺操作研究

为了提高幕墙安装机器人操作的柔顺性,从而真正解决建筑幕墙自动安装中人机协调的问题,采用自适应阻抗控制方法作为柔顺操作策略.依据建筑机器人物理模型建立了较为准确的阻抗控制模型,在机器人末端未接触运动空间和环境接触空间进行了自适应阻抗控制的研究,提出了通过减小力峰值防止幕墙破坏的控制参数的调整方法,借助MATLAB对控制系统进行了仿真,并对基于该算法的幕墙安装机器人进行了柔顺性操作实验.经过仿真和实验得到了适用于幕墙安装机器人的力控制算法,验证了自适应阻抗控制算法能够满足幕墙安装机器人柔顺性操作的要求.     

新型变倾斜参数S型函数的积分滑模水下机器人控制方法研究

研究了水下机器人轨迹的滑模跟踪控制。针对滑模抖动对系统稳定性的影响,设计了一种基于变倾斜参数sigmoid函数的积分滑模切换函数。基于这个函数设计的控制器在避免抖振现象的同时,保持了高控制精度,且能抑制传统积分滑模控制器常见的超调现象。该控制方法有效性已通过理论证明和仿真实验得到了验证。     

一种基于内模控制的分数阶控制器设计

目的为了解决分数阶控制器参数整定复杂问题,引入内模控制思想,从而得到分数阶内模控制器控制的被控对象。方法依据最大灵敏度整定所得分数阶内模控制器中的参数,避免参数整定的盲目性。结果相对于传统的分数阶控制器,基于内模控制思想设计得到的分数阶内模控制其设定值跟踪及抗干扰性能更优。结论仿真结果表明基于文中方法设计所得的分数阶内模控制器在模型失配时,仍具有较好的鲁棒性和控制精度。     

电液伺服系统的微分与积分滑模变结构控制

针对电液系统的非线性特性及其参数不确定性,在电液伺服系统的速度跟踪控制中,提出了一种非线性微分与积分滑模变结构控制(DI-SVSC)策略。在滑模控制中引入积分控制项,消除了传统滑模变结构控制需要被跟踪信号导数已知的假设,利用一非线性微分控制消除了系统的抖振现象。在积分滑模控制与非线性微分控制中,分别给出了切换函数、非线性微分系数及控制器的设计方法。仿真结果显示,该控制方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪性能。     

基础隔震建筑的滑模控制

基于滑模控制理论,提出了地震激励下含有不确定性参数的隔震建筑结构的滑模控制方法。通过优化极点配置,设计了鲁棒滑面和相应的滑模控制器。算例控制模拟的结果表明,该控制方法能有效抑制具有不确定参数的结构响应,受限控制的效果也较好。     

半主动悬架控制的H^∞方法

利用Ｈ∞方法设计双线性系统的控制器并将其应用于半主动悬架控制中,目前在半主动悬架控制中研究者多采用基于天棚阻尼原理的控制方法,基于此方法所得到的控制律是不连续的,本文通过频域整形以及抗干扰设计等手段给出半主动悬架控制器设计的新途径,所得控制律是连续的。由于Ｈ∞设计方法的固有特点,Ｈ∞控制与天棚阻尼方法有着明显的差别。本文方法可推广到某些非线性系统的控制器设计问题中,可考虑参数摄动的影响,因而具有一般性。模拟分析表明Ｈ∞方法的设计结果能有效地控制悬架的振动,与天棚阻尼方法相比,控制信号有很大区别。     

深海机器人推进电机系统模糊滑模变结构混沌控制

分析模糊滑模变结构控制的理论基础,通过数字仿真计算和分析对混沌控制的可行性和有效性加以验证。在此基础上,提出基于模糊滑模变结构的深海机器人无刷推进电机系统混沌控制策略,设计了深海机器人无刷推进电机的模糊滑模变结构混沌控制器。     

基于给定非线性刚度的柔顺驱动器设计及性能评估

安全的人机交互和适应环境的仿生运动都要求机器人关节具有柔顺性。为了解决现有被动型柔顺驱动器存在的对不同外负载适应性弱、需要额外的刚度调节电机以及刚度与负载不匹配等问题,设计了一种新型非线性刚度柔顺驱动器,采用“凸轮+扭簧”机构结合齿轮传动,可实现给定的双向非线性刚度。首先,介绍了非线性刚度机构的工作原理、凸轮有效轮廓曲线的计算方法以及非线性刚度柔顺驱动器的工作原理;其次,基于提出的双向非线性刚度机构设计了柔顺驱动器样机;最后,对所设计的柔顺驱动器进行了性能评估。通过对样机刚度特性的仿真和试验分析,验证了所设计的柔顺驱动器能够较好地按给定的非线性刚度特性曲线进行刚度调节;通过与相近的驱动器的对比,表明所设计的柔顺驱动器具有优良的综合特性;通过对具有不同力矩峰值和频率的正弦力矩信号的跟踪试验,初步验证了所设计的柔顺驱动器具有良好的力矩控制性能。研究结果表明所提出的设计方法有效,可为机器人关节驱动器的设计提供新思路。     

直升机结构响应混合鲁棒控制研究

为解决满足控制系统的自适应性与在线计算量小的要求,本文提出了多输入、多输出直升机结构响应混合鲁棒控制决策,首先利用混合灵敏度设计方法设计出鲁棒反馈控制器,在此基础上引入基于FXLMS方法设计的自适应前馈控制器,形成自适应前馈-鲁棒反馈的混合控制,设计控制器的原始参数取自离线计算与识别,将计算工作量放在设计阶段,而只需很小的在线调整前馈控制器的计算量。进行了直升机结构模型的鲁棒控制仿真计算,与自由-自由梁的鲁棒控制与混合鲁棒控制的试验研究。结果表明本文方法的可行性与有效性。     

微粒群算法在自动控制系统设计中的应用

提出了将微粒群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法与控制系统设计相结合的系统设计思路和方法。系统设计过程包括两个部分：首先基于历史输入输出数据,用微粒群算法建立系统的模型,然后基于得到的模型进行控制器的设计,并用微粒群算法进行控制器的参数优化整定。仿真试验结果表明,微粒群算法在控制系统设计的模型建立、控制器参数优化等方面发挥了重要的作用,简化了控制系统设计任务,提高了设计效率。     

电液伺服系统内模控制

针对电液位置伺服系统,提出了一种内模控制器设计方法.内模控制作为一种先进控制策略,其设计思路是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态逆.考虑到内模控制对系统模型精度要求不高的特点,本文降阶简化了电液伺服系统的模型.基于此模型所设计的控制器,只有一个可调参数,且该参数直接与系统的动态特性和鲁棒性相关,整定方便,避免了控制器整定的随机性与复杂性.仿真研究和实验结果表明,内模控制可以有效地克服参数变化对系统性能的影响,使系统同时具有良好的目标值跟随特性和鲁棒性,实现了调炮误差小于±0.36mrad的高精度要求.     

基于关节电机速度控制的机器人直接示教策略研究

本文提出一种无外力传感器、稳定高效的基于关节电机速度控制的机器人直接示教策略。对示教过程中的机器人重力、摩擦力分别进行建模分析。通过机器人的力/力矩平衡方程,递推作用于关节上的重力,并在MATLAB和Adams中仿真验证。建立包括库伦摩擦力和粘性摩擦力的摩擦力模型,并进行模型参数识别。最后,在UR10机器人测试平台上进行了控制策略实现和直接示教实验,实验示教效果显著。该控制策略运算量小、系统响应快、示教灵活、成本低,为后续机器人直接示教研究提供新的方法和途径。