传动柔性及负载变化弹药传输机械臂位置控制及柔性振动抑制

针对现有坦克自动装弹机无法实现任意角度装填问题,设计出两自由度的弹药传输机械臂。研究考虑链条、转铰柔性且负载变化情况弹药传输机械臂位置控制与柔性振动抑制。将链条与转铰简化为线性无惯量弹簧,采用第二类Lagrange方法建立弹药传输机械臂刚柔耦合动力学模型。基于奇异摄动技术设计系统混合控制策略,柔性振动抑制采用速度反馈控制;刚性部分大范围运动采用基于隐式Lyapunov函数的连续时变增益PD控制,控制器增益为系统状态变量的可微函数,随系统状态变量逐渐趋向于零,增益逐渐趋于无穷大,而控制力始终保持在有界范围内。仿真结果显示,该混合控制器能克服负载变化及柔性振动影响,实现弹药传输机械臂点到点位置控制及柔性振动抑制,具有较强的鲁棒性。     

柔性机械臂的轨迹跟踪与振动模糊控制

由于柔性机械臂的动态模型较为复杂,传统的基于模型的控制策略一般难以处理.基于PD型模糊控制器,提出一种基于新型的模糊控制的柔性机械臂轨迹跟踪与振动控制策略.首先推导用于柔性机械臂角控制的PD型并联模糊控制器,随后将其改进,提出了一种非并联型模糊控制器,并结合输入整形策略,推导了一种新型的柔性机械臂的混合模糊控制器.在此基础上,构建了柔性机械臂实验平台,开展实时控制实验,给出了相关的时域和频域控制效果.相关的实验结果表明,所提出的新型模糊控制器能够较好地完成柔性机械臂的轨迹跟踪任务,并显著降低柔性机械臂的振动.     

柔性关节空间机械臂奇异摄动模糊PID控制仿真研究

建立了空间微重力和地面重力两种工况下的柔性关节空间机械臂模型,为空间机械臂末端轨迹跟踪控制设计了基于奇异摄动的模糊PID控制器。奇异摄动法将空间机械臂系统降阶为快子系统和慢子系统,再分别对子系统进行控制。快子系统采用力矩反馈的形式,慢子系统则采用模糊PID控制的形式。模糊部分主要实现对PID的3个参数的实时调整。仿真结果表明基于奇异摄动模糊PID控制器可以在以上两种工况下均可实现较好跟踪。     

基于改进滑模趋近律的振动基机械臂的有限时间轨迹跟踪控制

为解决一类振动基机械臂在基座振动影响下的快速轨迹跟踪问题,提出了一种基于改进趋近律的新型滑模控制方法。将基座振动的影响视为系统的不确定外界扰动项;采用拉格朗日法建立了系统的非线性不确定动力学模型;提出一种新型对数幂次滑模趋近律,并结合一种快速终端滑模面,设计了系统的有限时间轨迹跟踪控制器;理论分析与硬件试验验证了所设计控制器的有效性。结果显示,该控制器有效抑制了基座振动的影响,在有限时间内实现了机械臂的精确轨迹跟踪。可见,该研究所提控制算法具有良好的有限时间控制特性及鲁棒性能。     

伸缩因子优化机械臂轨迹跟踪控制的误差分析

提出了一种通过伸缩因子在线调节论域来优化机械臂轨迹跟踪控制的变论域模糊控制方法。首先设计了一种与关节角度偏差和偏差变化率动态加权相关的比例-指数混合型伸缩因子;然后,运用时间最优轨迹规划算法获取机械臂笛卡尔空间的期望关节轨迹;最后,基于所设计的变论域模糊控制器实现了一种三关节机械臂轨迹跟踪控制仿真,并分析了轨迹跟踪误差。仿真结果表明: 所设计的基于比例-指数混合型伸缩因子的变论域模糊控制器应用于机械臂轨迹跟踪的控制效果良好,具有响应速度快、无超调、稳态误差小的优点。     

机械臂自适应跟踪控制方案设计及仿真分析

该文提出一种机械臂自适应跟踪控制方法,该方法利用光滑函数逼近机械臂系统的控制输入,以建立新的机械臂系统,该方法采用时滞估计方法来估计新机械臂系统的综合不确定性。根据预设的机械臂跟踪误差轨迹边界约束和综合不确定性,生成的自适应控制器可以通过新机械臂系统对机械臂进行控制,使机械臂的跟踪误差在预设的收敛时间内收敛至预设的稳态跟踪精度。该方法不仅不依赖精确动力学模型,而且还可以使机械臂按照预设精度和收敛时间跟踪目标轨迹。     

柔性关节空间机械臂奇异摄动自适应PD控制仿真研究

建立了柔性关节机械臂空间漂浮和地面调试两阶段的动力学模型,并为柔性关节机械臂末端轨迹跟踪控制设计了基于奇异摄动的自适应PD控制算法,实现了对机械臂末端位置跟踪在空间漂浮和地面调试两阶段的控制。用奇异摄动法实现了将高阶系统降阶为两个低阶系统,即快子系统和慢子系统,再针对两子系统分别设计控制器。对控制系统进行了稳定性分析和仿真验证,结果表明设计的控制算法既可以实现在地面装调时的轨迹跟踪控制,也可以较好地实现空间漂浮状态下的轨迹跟踪控制。     

柔性关节空间机械臂奇异摄动自抗扰控制仿真研究

针对不同重力环境条件下考虑摩擦、关节刚度非线性与外扰影响的柔性关节空间机械臂的控制问题,提出了一种基于奇异摄动理论的自抗扰控制方法。首先建立了柔性关节空间机械臂在地面重力和空间微重力环境下的动力学模型;然后采用奇异摄动法将系统模型分为快变子系统和慢变子系统,针对快变子系统设计速度反馈控制律来抑制柔性关节的振动,针对慢变子系统设计加入前馈补偿的自抗扰控制器(ADRC)来抵抗系统的内外扰动,并对系统进行了稳定性分析;最后对设计的控制器进行了仿真验证与对比研究。仿真结果表明,采用该方法,在不同重力环境下柔性关节空间机械臂均能实现很好的轨迹跟踪和抖振抑制,且能有效抵抗内外扰动,系统具有鲁棒性。     

柔性机械臂的动力学模型及滑模变结构控制

本文针对轴向不伸长的Euler-Bernouli梁模型,采用假设模态法,对带有末端荷载的柔性机械臂,推导出考虑动力刚化影响的柔性机械臂有限维一致线性化动力模型.通过极点配置技术设计滑模超曲面参数,采用滑模变结构控制方法,实现关节转角的运动轨迹控制.采用LQR方法设计弹性模态稳态器,抑制由于刚体运动而激发的弹性振动.文中最后针对一单杆柔性机械臂进行了计算机仿真,验证了本文所提出的控制策略的有效性.     

基于神经网络的机械臂高阶滑模控制

针对多关节机械臂控制系统的设计中机械臂模型参数未知和外在干扰的抖振问题,提出一种基于神经网络的机械臂高阶滑模控制,并在快速终端滑模面的基础上,利用饱和函数解决了奇异问题,采用径向基神经网络(RBFNN)近似估计系统参数,增加了误差估计器补偿估计误差和外部干扰。同时,设计了一种具有适当更新律的自适应有限时间控制律。实验表明：该控制方法在机械臂轨迹跟踪表现更优,具有可行性和优越性。     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动的分块神经网络控制及柔性振动模糊控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,漂浮基柔性空间机械臂关节运动及柔性振动主动抑制的控制问题。由系统动量守恒关系及假设模态法,利用拉格朗日方法建立了漂浮基柔性空间机械臂的系统动力学方程。之后采用奇异摄动理论,将其分解为表示刚性运动的慢变子系统和柔性振动的快变子系统。据此,设计了柔性空间机械臂系统载体姿态及机械臂关节铰协调运动的组合控制器。针对慢变子系统——柔性空间机械臂的刚性运动,设计了分块神经网络控制器,以完成系统参数未知情况下关节空间协调运动的轨迹跟踪;而对于快变子系统——柔性臂的振动,则设计了模糊控制器来主动抑制柔性杆的振动。数值仿真证实了提出方法的有效性。     

Control of a 2-DOF manipulator with a flexible forearm

In this paper we present experimental results on the position and vibration control of the end-effector of a 2-DOF parallelogram manipulator with a flexible forearm. A dynamic model of the manipulator is first obtained. Control strategies are implemented to control the manipulator. The first control strategy uses the computed torque method based on a reduced-order dynamic model of the manipulator which is obtained by assuming that all the links are rigid. This method is referred to as the reduced-order computed torque (ROCT) method. Experimental results demonstrate that such a strategy is not good for vibration control of the end-effector of the manipulator. The second control strategy is a state feedback control law designed based on a local linearization of the nonlinear dynamic model. Experimental results show that this control strategy achieves good vibration control of the end-effector of the manipulator. However, since the strategy is based on local linearization, it is valid only in a neighbourhood of the operating point. A hybrid controller that uses the ROCT method for the initial large movement of the manipulator is then implemented. Based on a switching rule, the controller is switched to the state feedback controller based on the linearized model when the manipulator is sufficiently close to the equilibrium state. Experimental results are reported and the successful performance of the controller in dampening out end-point vibrations is demonstrated.     

刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪与振动抑制

讨论刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪控制和振动抑制问题.以双连杆刚柔性机械臂为例,建立了双连杆刚柔性机械臂的非线性动力学方程,运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法,使方程中关节角变量和弹性变量部分解耦.利用机械臂逆动力学方法和线性二次型(LQ)最优控制方法讨论刚柔性耦合机械臂的轨迹跟踪控制问题和消除残余振动的控制问题.通过数值仿真计算,表明文中方法的有效性.     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动的拟增广自适应控制及柔性振动实时主动抑制

讨论了载体位置、姿态均不受控情况下,自由漂浮柔性空间机械臂系统关节运动的拟增广自适应控制和柔性振动实时主动抑制问题。此类机器人系统的特点在于:结合系统动量及动量矩守恒关系得到的完全能控形式的系统动力学方程,关于系统惯性参数不符合惯常的线性函数关系,因此地面机器人的控制方法在此难以直接推广应用。为了克服上述难点,我们仅将系统动量守恒关系耦合到系统动力学方程当中,而不耦合系统动量矩守恒关系,结果得到一组欠驱动形式的系统动力学方程。其优点在于,系统动力学方程关于一组组合惯性参数保持惯常的线性函数关系。以此为基础,设计了具有未知参数柔性空间机械臂关节轨迹跟踪的拟增广自适应控制方案。并根据柔性子系统的动力学特性,设计了一个基于反馈的自适应控制方案来对柔性杆的振动进行快速实时的抑制。所提出的控制方案还具有不需要测量、反馈载体位置、移动速度和移动加速度的显著优点。系统的数值仿真,证实了方法的有效性。     

姿态受控柔性臂空间机器人的自适应神经网络容错控制及残振抑制

针对执行器发生部分失效故障的漂浮基姿态受控柔性臂空间机器人系统,研究了执行器故障的容错控制及柔性臂杆残余振动的主动抑制。结合假设模态法、线动量守恒定理和第二类拉格朗日方程建立了系统的动力学微分方程。基于奇异摄动理论将系统分解为一个表征载体姿态与关节轨迹跟踪的慢变子系统和一个表征柔性臂杆残余振动的快变子系统;据此设计了由慢变子系统的自适应神经网络容错控制器与快变子系统的线性二次型最优调节器组成的复合控制器;其中,慢变子系统的容错控制器使得系统对执行器故障不敏感,保证了跟踪误差的渐进收敛;快变子系统的最优调节器可以有效地抑制柔性臂杆引起的残余振动,减少能量损耗。对比数值仿真校验了理论推导的正确性与复合控制策略的可行性。     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动增广变结构控制及柔性振动主动抑制

讨论了载体位置、姿态均不受控制情况下,漂浮基柔性空间机械臂系统基于混合轨迹的关节运动增广变结构控制,该控制方案能够同时主动抑制柔性杆产生的振动.基于一般期望轨迹的增广变结构控制仅能完成渐近解耦的关节空间轨迹追踪,并不能抑制柔性杆的振动;为了对柔性振动模态进行主动控制,使用虚拟控制力的观念生成了同时反映关节期望轨迹和柔性...     

基于小波基模糊神经网络的漂浮基柔性空间机械臂轨迹跟踪控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,参数未知漂浮基柔性空间机械臂关节空间协调运动的轨迹跟踪控制问题。依据系统动量守恒关系和拉格朗日第二类方程,由假设模态法,建立了漂浮基柔性空间机械臂的系统动力学方程。以此为基础,针对系统参数未知的情况,设计了一种小波基模糊神经网络的控制方案,以使柔性空间机械臂的载体姿态到达期望位置的同时,机械臂关节铰能够协调地跟踪关节空间的期望轨迹。该方案具有无需预知柔性空间机械臂的模型和系统参数的优点,且网络权值是通过在线学习进行调整,节省了离线训练的时间。系统的数值仿真表明了所提出方案的有效性和可行性。     

不确定电液位置伺服系统的动态面跟踪控制

针对一类含有动态不确定性的双作用液压缸电液伺服系统跟踪控制问题,采用动态面控制方法设计了一个鲁棒自适应跟踪控制器.由于在逆推设计过程中加入了低通滤波器使得该方法不用对模型非线性进行多次微分,因而设计方法简化.所设计的自适应鲁棒控制器不仅能保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐近跟踪期望轨迹;而且,跟踪误差可以通过控制器的设计参数加以调整.数字仿真结果表明,控制系统对给定位置的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性,具有较强的鲁棒性.