工业机器人交流伺服驱动系统设计

针对工业机器人系统应用和高性能国产化伺服系统开发,研究了基于DSP控制器的全数字交流伺服控制系统的设计与实现。实现了基于DSP控制器TMS320F28335的交流伺服控制系统的电机控制电路。论述了整流电路、功率驱动电路、信号采集电路及保护电路等模块的设计原理。设计实现了各个闭环实时控制算法的DSP控制器软件模块。运动控制采用了面向插补控制的位置环给定端控制。     

基于改进的FNNs移动机械臂输出反馈跟踪控制

针对包含电机动态模型的移动机械臂系统,提出一种鲁棒自适应输出反馈控制方法.将误差符号函数鲁棒积分反馈与神经网络前馈结构相结合用于控制器的设计,然后利用神经网络去逼近机器人和电机系统的不确定项,设计鲁棒项实时补偿网络误差.通过Lyapunov稳定性分析证明闭环系统所有信号半全局一致有界.最后仿真实验表明,控制方法对系统动态不确定性和外界干扰有很好的鲁棒性,可实现移动机械臂的输出反馈跟踪控制.     

基于Backstepping的自适应模糊控制算法研究

机器人是一种不确定性、非线性系统,为了实现不确定机器人系统的精确控制,基于Backstepping的自适应模糊控制算法,对直驱电机双关节机械臂进行了研究。首先,针对直驱技术双关节机械臂的数学模型,并结合Backstepping算法,对该系统进行相关数学理论分析;其次,详细介绍了Backstepping自适应模糊控制器的设计过程,并通过Lyapunov函数证明所设计控制系统闭环有界,且稳定可靠;最后,以Matlab软件组建该控制算法仿真平台,通过试验结果与单一自适应模糊控制算法比较分析表明,所设计控制器对关节1和关节2的位置跟踪响应时间大约分别为0.12 s和0.1 s,而且位置跟踪曲线更加精确。因此,该智能控制算法可以实现对不确定机器人系统位置的精确跟踪和快速响应,为解决高精度设备的轨迹跟踪问题提供了一定思路。所提出的直驱机械臂既节省资金,又具有很高的实用价值,值得推广和应用。     

双关节机器人操作臂控制系统设计

本设计针对工业现场使用的双关节机器人,主要完成了硬件系统平台构建和软件系统的设计。应用单片机技术,设计一款主从操作的控制器,能够根据旋转编码器的控制指令精确的控制电机的速度、位置、正反转等物理量,从而满足机器人操作臂精确位置伺服驱动的要求。     

基于双向LSTM神经网络的机器人机械臂智能轨迹控制系统

针对机械臂智能轨迹控制易受其不确定性与外部扰动影响的问题,设计基于双向LSTM神经网络的机器人机械臂智能轨迹控制系统,实现对机器人机械臂轨迹的实时控制,使其能够快速响应环境变化和执行新任务。利用远程控制模块输入用户设定的机械臂运行参数;主控制模块的主控单元利用双向LSTM神经网络,估计机械臂的不确定性数据,并依据用户设定的相关参数,结合自适应滑模控制器,设计机械臂智能轨迹复合控制律,由主站通讯板卡传输至伺服模块;伺服模块接收智能轨迹复合控制律后,利用伺服驱动器启动直流力矩电机,按照复合控制律驱动机械臂运动,完成机械臂智能轨迹控制。实验证明：该系统可有效完成机器人机械臂智能轨迹控制,且控制后的运行轨迹与设定轨迹非常接近;经过控制后的机械臂关节角度变化曲线较平滑,且连续,具备较优的智能轨迹控制效果。     

基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制器的双机械臂协同阻抗控制

多机械臂的精准协同控制已成为当前机器人领域的研究难点,为实现双机械臂精准控制,通过建立双机械臂动力学模型,采用时间延时估计简化机械臂动力学模型,在保证控制系统稳定性的前提下,引入自适应模糊滑模控制器实现对估计误差的修正和补偿,设计基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制的双机械臂协同阻抗控制器,实现双机械臂协同操作的末端轨迹控制以及接触力精准控制.最后,将该控制器应用于两台六自由度机械臂仿真平台,实现双臂夹取和搬运同一目标物体的操作,通过与其他控制器进行对比实验,表明所设计的控制器具有响应快、无抖震、精度高的特点.     

文献扫描机器人多关节机械臂滑膜控制系统设计

为提升机器人机械臂关节的传动性能,使其处于良好的反步自适应工作环境,设计文献扫描机器人多关节机械臂滑膜控制系统。利用关键控制电路,实现机械臂全局PID滑膜控制器与机器人多关节滑膜控制器间的定向连接,完成新型控制系统的硬件运行环境搭建。通过机器人控制传感器标定操作,建立等效控制及动态滑膜方程,并利用上述计算结果界定机械臂滑膜的动态品质,实现新型控制系统的软件运行环境搭建,结合软、硬件运行单元,完成文献扫描机器人多关节机械臂滑膜控制系统设计。模拟文献扫描机器人多关节机械臂运行状态,设计对比实验结果表明,与传统系统相比应用新型滑膜控制系统后,机械臂关节的传动能力得到有效提升,反步自适应参数最大值可达到1.70     

基于卷积神经网络的机械臂抓取控制系统设计

为保证机械臂的抓取精度,保证物体抓取的稳定性,本文设计基于卷积神经网络的机械臂抓取控制系统。在系统硬件部分,加设图像、位置和压力传感器,改装机械臂抓取控制器和运动驱动器,利用图像传感器设备,获取满足质量要求的机械臂抓取目标图像,为机械臂抓取控制功能提供硬件支持。软件部分利用卷积神经网络算法提取图像特征,确定机械臂抓取目标位置。结合机械臂当前位置的检测结果,规划机械臂抓取路线,预估机械臂抓取角度与抓取力。最终通过机械臂抓取参数控制量的计算,在控制器的支持下实现系统的机械臂抓取控制功能。实验结果表明,所设计系统应用下位置控制误差和速度控制误差的平均值分别为0.192m和0.138m/s,同时物体抓取掉落概率明显降低。     

基于细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器设计

进行机械臂角度控制器设计过程中,为提高机器人机械臂灵活性,降低关节角度控制误差,设计一种细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器。首先,构建机械臂动力学模型以获取机械臂的柔性特征及其关节位置,根据获取的信息确定角度控制器的硬件逻辑结构和算法。然后,使用ARM微处理器嵌入式操作系统,设计包含移动控制终端和机械臂控制端的控制器硬件结构。最后,采用细菌觅食算法优化控制器参数,并实现代码完成机器人机械臂角度的精准跟踪控制。仿真分析结果表明:所提方法具有较高的位姿跟踪精度、角度控制误差小、稳定性强,能够保证机械臂关节角度无超调,具有极高的机器工程应用价值。     

基于CAN总线控制系统的航天特种机械臂设计

航天特种机械臂具备精确操作和视觉识别的能力,在载人航天领域中广泛应用,为了在复杂环境中精准完成陆基装配任务,设计基于CAN总线控制系统的航天特种机械臂。从关节、连杆、驱动电机、锁紧制动器等方面,组装航天特种机械臂结构元件。装设航天特种机械臂控制器,在控制器中加设一个串行通信接口,将控制器连接到CAN总线中,配置CAN总线控制系统的通信协议,完成航天特种机械臂硬件结构设计。利用航天特种机械臂中传感器设备,检测航天特种机械臂实时位姿,补偿航天特种机械臂重力负载。根据机械臂工作任务,规划移动轨迹,在控制器的支持下,通过控制量的计算与通信,实现航天特种机械臂的控制功能。性能测试实验表明,设计基于CAN总线控制系统的航天特种机械臂平均位置和关节姿态角的控制误差分别为3.0m和0.32°,平均形变量为2.64m2,具有较好的控制性能和抗压性能。     

分段变结构Bang-Bang控制器在气动脉宽调制位置伺服系统中的研究

本文提出了一种分段变结构Bang-Bang控制方法,并应用于气动脉宽调制高速开关阀 控气缸位置伺服系统,使得控制性能得到了明显改善,有实际应用价值。     

无人移动平台运动控制系统的设计

为实现地面无人移动平台的准确运动,设计其运动控制系统。选用履带式平台,分析并建立平台运动学模型,搭建H桥模块驱动平台电机,设计电流检测模块和速度检测模块,将电机运行状态反馈给控制器。设计数字PI控制器,形成速度一电流双闭环控制,结合差速反馈控制器,提高运动控制精度。实验结果表明了该运动控制系统的可靠性。     

硬盘电机伺服系统的低阶鲁棒控制器设计

针对模型不确定情况下硬盘电机伺服系统的精确控制问题,给出了硬盘电机伺服系统的控制关系模型.采用优化H∞控制技术设计了简单高效的鲁棒控制器,并通过控制关系模型估算和闭环控制器衰减使控制器降阶,可以降低控制器设计的复杂度,有效改善系统频率响应,满足设计带宽要求.仿真实验结果表明,系统能够提供的最大带宽和设计带宽相一致,说明了低阶鲁棒控制器的有效性.     

电视导引头伺服稳定平台数字控制器的研制

针对电视导引头系统对快速性要求高的特性,设计了一种基于DSP的高速数字控制器.以CCD摄像机作为位置环反馈传感器,以液浮式速率陀螺作为速度环反馈传感器,采用随动平台速率陀螺稳定方案的伺服稳定跟踪平台结构,给出了伺服控制器的软硬件设计,分析了针对该系统的双环PID控制算法的设计及调试方法.实验结果表明,该控制器动静态性能良好,可满足系统的要求.     

基于嵌套自适应观测器的 连铸结晶器振动位移系统有限时间容错控制

针对连铸结晶器振动位移系统存在伺服电机驱动单元等执行器故障和负载转矩扰动问题, 本文提出一种基于嵌套自适应观测器的有限时间容错策略. 首先, 设计一种嵌套自适应观测器在线估计由执行器故障和负载转矩扰动构成的综合不确定项; 其次, 采用分层设计与终端滑模相结合的方法, 分别对位移子系统和电流环子系统设计全阶滑模控制器(FOSMC)和终端滑模控制器补偿综合不确定项, 并通过引入一阶低通滤波器来提高控制信号的连续性. 理论分析表明, 本文所提容错控制策略能够保证闭环系统所有状态有限时间稳定; 最后, 通过仿真对比研究验证了本文所提控制策略的有效性.     

伺服电机的预测控制与比例-积分-微分控制

为完成伺服电机平稳而快速的控制,根据预测控制方法中动态矩阵控制原理,提出了基于动态矩阵的预测控制和比例-积分-微分(PID)控制的伺服电机的控制方案。分析了交/直流伺服电机三环控制的统一模型,用预测控制器设计了伺服电机的电流环,提出了利用上升时间和稳态值确定电流环等效惯性环节的方法,最后用PID控制器设计了速度环和位置环。计算和仿真结果表明,电流环的等效惯性环节时间常数与-ln(0.368)成反比,该预测控制和PID混合控制可以很好地实现伺服电机平稳快速的运行。     

Control of flexible mobile manipulators: positioning and vibration reduction using an eye-in-hand range camera

In this paper, the positioning of a long flexible manipulator on a moving platform is investigated. The problem is to position the gripper at a requested relative distance in front of an object with unknown location. For this purpose, the gripper is equipped with a range camera giving the distance to surrounding objects within, ∼1% and with a sampling rate above 1 kHz. The range measurements are used in combination with internal angle measurements from joint encoders to estimate both the flexibility in the mechanical construction and the relative distance from gripper to object. This is solved satisfactorily by an extended Kalman filter (EKF). For the motion control of the manipulator, a time-scaled feedback controller is suggested. A fast inner loop is used to damp out oscillations and reject disturbances, both from the platform and the manipulator. An outer control loop, with a lower closed-loop bandwidth, then steers the gripper, based on the range measurements, to the requested final position in front of the object. This loop assumes a stationary and rigid platform and a rigid manipulator. At this moment, only simulations of a flexible manipulator on a rigid platform have been studied. However, the results show that the flexibility can be estimated from indirect measurements of the range to the object and the joint angles. Also, good damping and disturbance rejection are achieved, as long as the bandwidth of the actuators is sufficiently high compared to the oscillation. The use of range measurements of the surrounding objects makes the positioning task very robust against an uncertain platform position.     

Energy-Efficient Optimal Guaranteed Cost Intermittent-Switch Control of a Direct Expansion Air Conditioning System

To improve the energy efficiency of a direct expansion air conditioning (DX A/C) system while guaranteeing occupancy comfort, a hierarchical controller for a DX A/C system with uncertain parameters is proposed. The control strategy consists of an open loop optimization controller and a closed-loop guaranteed cost periodically intermittent-switch controller (GCPISC). The error dynamics system of the closed-loop control is modelled based on the GCPISC principle. The difference, compared to the previous DX A/C system control methods, is that the controller designed in this paper performs control at discrete times. For the ease of designing the controller, a series of matrix inequalities are derived to be the sufficient conditions of the lower-layer closed-loop GCPISC controller. In this way, the DX A/C system output is derived to follow the optimal references obtained through the upper-layer open loop controller in exponential time, and the energy efficiency of the system is improved. Moreover, a static optimization problem is addressed for obtaining an optimal GCPISC law to ensure a minimum upper bound on the DX A/C system performance considering energy efficiency and output tracking error. The advantages of the designed hierarchical controller for a DX A/C system with uncertain parameters are demonstrated through some simulation results.      

六自由度检修机械臂合理路径规划系统设计

为减少六自由度检修机械臂抓取动作花费的时间,设计一种六自由度检修机械臂合理路径规划系统。此次研究的系统硬件部分主要包含主控制器、伺服电机控制器与通信模块。系统软件部分,计算出机器人与障碍物之间的距离,并计算出所有机器人上点与障碍物之间的距离,采用设置虚拟障碍物的创新型人工势场法进行路径规划,避免传统人工势场法的弊端,以保证机器人与障碍物之间有一定的安全距离,以此完成六自由度检修机械臂合理路径规划。实验结果表明,在有障碍的情况下,此次研究的六自由度检修机械臂合理路径规划系统在2~4 min之内就能够完成抓取动作,并且此次研究的系统控制后的关节曲线较为平稳,证明此次研究的六自由度检修机械臂合理路径规划系统具有较好的控制效果,满足了系统设计需求。     

基于ControlLogix和InTouch的无轴传动实验平台设计

设计了一种基于ControlLogix5555控制器、1756-M08SE运动控制模块、两个Ultra3000数字伺服驱动器和SERCOS网络的无轴传动伺服系统实验平台,并应用相应的软件设计了控制程序和监控界面.通过试验,验证了无轴传动伺服系统能实现精确地定位控制、多轴协调运动;同时可实现多轴轨迹运动插补控制,且能保证较小的运动误差.