气动位置控制系统分数阶控制器的设计与仿真

为了实现对气动伺服控制系统的准确位置控制，设计了气动伺服系统，根据系统的组成推导了其数学模型，并在此基础上进行线性化处理，计算出传递函数。继而设计了一种基于稳定裕度法整定参数的分数阶控制器，使用MATLAB的优化工具箱求解控制器参数并在Simulink中搭建分数阶控制器模型进行仿真分析。结果表明，使用稳定裕度法整定参数的分数阶控制器对气动伺服系统具有良好的控制效果，在系统参数发生较大变化时仍能达到理想的控制性能指标，系统仍具有良好的信号跟踪特性、强抗干扰能力和鲁棒性。实验测得采用分数阶控制器的气动伺服系统定位精度达到0.5 mm，系统具有较高的稳态精度。     

基于模糊自整定PD控制器的机器人计算力矩控制

设计了应用于计算力矩控制方案中的模糊PD控制器(FLC),进一步提出了模糊自整定PD控制器(SFLC).用带有末端执行器的平面3自由度机器人为例进行了动力学仿真,并将采用固定PD控制器、模糊PD控制器和模糊自整定PD控制器的计算力矩控制方案进行了比较.仿真结果表明,采用模糊自整定PD控制器(SFLC)后能有效的克服模型不确定所造成的影响,得到比较小的轨迹跟踪误差,为机器人的实际控制提供了理论基础.     

基于小波变换、模糊控制的电解加工间隙检测与控制

在线采集真实电解加工过程中的电流信号，用对实测信号进行小波包分解和重构后的小波系数计算各频段的能量，构造一个由不同频段能量组成的特征向量，发现特征向量的低频分量占总能量的大部分，随着平衡间隙的减小，低频分量能量增大。设计了一个二维模糊控制器，以进给速度的增量为模糊控制器输出，将间隙的误差转化为电流的误差及误差的变化，以此作为模糊控制器的二维输入向量，使加工维持在稳定的小间隙状态。创建了仿真模型，在MATLAB的SIMULINK模块中，通过对模糊控制器和电解加工系统组成的联合模型进行仿真试验来整定模糊控制器的3个增益参数，试验表明，采用此方法进行间隙控制具有较好的快速性、鲁棒性及总体效果。     

New modifying self-organizing fuzzy controller for robotic motion control

The precise motion control of robotic manipulators is important in improving productivity and quality. However, robotic manipulators are multivariable nonlinear dynamic systems. Designing a model-based controller for robotic system control is difficult because its mathematical model is hard to accurately establish. This study proposed a self-organizing fuzzy controller (SOFC) to control a robotic system and evaluate its control performance. The SOFC continually updates the learning strategy in the form of fuzzy rules during the control process. The learning rate and the weighting distribution value of the controller are hard to regulate, so its fuzzy control rules may be modified to such an extent that the system response generally causes oscillatory phenomena. Two fuzzy logic controllers were designed according to the system output error and the error change, and introduced to the SOFC to determine the appropriate parameters of the learning rate and the weighting distribution, in order to eliminate this oscillation. This new modifying self-organizing fuzzy controller (NMSOFC) can effectively improve the control performance of the system, reduce the time consumed to establish a suitable fuzzy rule table, and support practical and convenient fuzzy controller applications. To confirm the applicability of the proposed intelligent controllers, this work retrofitted an old robot for a control system to evaluate the feasibility of motion control. Experiment results indicate the NMSOFC has better control performance in reducing the tracking errors of the joint-space trajectories and the positions, and requires less computational time than does the traditional fuzzy controller.     

极低静压模拟系统非对称模糊自调整PID控制

极低静压模拟系统以真空泵为负压源,由于真空泵抽气能力随模拟压力降低呈非线性降低,导致系统具有强非线性和非对称性。针对线性控制器难以克服非对称性影响,且不能够获得大范围性能一致性的难题,提出一种非对称模糊自调整PID控制策略。该控制方法根据系统特性,结合模糊逻辑构建非对称模糊自调整机构对PID控制器参数在线调整,以适应系统特性的非线性变化。仿真结果表明：该控制方法可以克服系统非对称性,在大范围内获得良好的控制性能。     

超声电机基于模糊-PI技术的位置控制

通过超声电机的工作原理分析,选定驱动频率作为其速度控制变量。将模糊-PI技术用于超声电机的控制。其中,PI控制在于减小稳态误差,模糊控制旨在实现电机快速定位。为设计模糊控制器,选定位置偏差和转速为其输入变量、驱动频率为其输出变量,并分别以三角、高斯型函数定义了输入、输出变量的模糊子集;根据电机手动操作经验,建立了超声电机模糊控制规则;基于GO-400控制卡构建控制系统,实现了电机控制;实验结果表明模糊-PI技术可实现超声电机快速高精度(偏差≤0.17°)定位。     

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。     

基于模糊PID的电液位置伺服控制器的设计

该文介绍了电液位置伺服控制系统的组成与工作原理,建立了系统的数学模型。将模糊控制与PID控制结合在一起,设计了模糊PID控制器,通过模糊控制器输出对PID参数进行在线调整。利用MATLAB软件进行仿真,比较常规PID控制与模糊PID控制仿真结果,发现模糊PID控制器提高了系统的动态性能和稳态特性。     

基于AMEsim和Simulink的油气悬架仿真与试验

针对越野车辆减振阻尼阀散热及控制响应滞后的问题,设计了利用外置电液比例溢流阀调节阻尼特性的新型油气悬架。基于AMEsim软件建立油气悬架仿真模型,并利用外特性试验验证AMEsim仿真模型的正确性,在此基础上分析相关参数对悬架刚度和阻尼特性的影响。将所建油气悬架模型应用于车辆振动的半主动模糊控制仿真研究中,随机路面激励下的仿真分析结果表明,车辆行驶平顺性各项指标得到提升,模糊控制效果明显,验证了通过调节溢流阀电流来提高油气悬架性能的可行性。     

HYDRAULIC ACTIVE GUIDE ROLLER SYSTEM FOR HIGH-SPEED ELEVATOR BASED ON FUZZY CONTROLLER

Increase of elevator speed brings about amplified vibrations of high-speed elevator. In order to reduce the horizontal vibrations of high-speed elevator, a new type of hydraulic active guide roller system based on fuzzy logic controller is developed. First the working principle of the hydraulic guide system is introduced, then the dynamic model of the horizontal vibrations for elevator cage with active guide roller system and the mathematical model of the hydraulic system are given. A fuzzy logic controller for the hydraulic system is designed to control the hydraulic actuator. To improve the control performance, preview compensation for the controller is provided. Finally, simulation and experiments are executed to verify the hydraulic active guide roller system and the control strategy. Both the simulation and experimental results indicate that the hydraulic active guide roller system can reduce the horizontal vibrations of the elevator effectively and has better effects than the passive one, and the fuzzy logic controller with preview compensation can give superior control performance.     

Practical and intuitive controller design method for precision positioning of a pneumatic cylinder actuator stage

The present paper describes a practical and intuitive controller design method for precision positioning of pneumatic cylinder actuator stages. Pneumatic actuators are easy to use and have numerous advantages, which has led to these actuators having a wide variety of applications. However, pneumatic actuators have notable nonlinear characteristics, which make precision positioning difficult to achieve. The purpose of the present study is to clarify a practical and intuitive controller design procedure for precision positioning of a pneumatic cylinder actuator. In addition to positioning performance, the present study focuses on the realization of easy controller design without the need for the exact model parameters or knowledge in control theory for general-industrial-use pneumatic cylinder actuators with friction characteristics. These considerations are important in order to fully exploit the advantages of pneumatic cylinder actuators in a wide variety of applications. As such, three elements are added to the conventional continuous-motion nominal characteristic trajectory following (CM NCTF) controller. A new design procedure of the improved CM NCTF controller for pneumatic cylinder actuator stages is introduced, and the positioning performance of the designed control system is examined experimentally under several conditions. The positioning results generally indicate a positioning error of 50 nm, which is equal to the sensor resolution.     

随机出水系统的水位模糊控制与仿真研究

对随机出水系统的水位的模糊控制进行了研究,设计了水位二维模糊控制系统,构建了模糊控制器,设计了模糊控制系统仿真模型图并进行了仿真分析,结果显示该控制系统跟随性较灵敏。     

多关节机器人反馈线性化双模糊滑模控制

为了提高多关节机器人轨迹跟踪控制性能,提出了一种反馈线性化双模糊滑模控制方法。该方法在对机器人非线性动力学模型反馈线性化的基础上,设计了一种双模糊滑模控制器。通过设计一个模糊控制器,根据跟踪误差和误差变化率自适应地调整滑模面的斜率,从而加快响应速度。通过设计另一个模糊控制器,根据滑模面自适应地调整滑模控制的切换控制部分,从而减弱抖振。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。针对空间三关节机器人进行了仿真实验,结果表明了所提方法的有效性。     

基于遗传算法的车辆模糊换挡控制实验研究

针对车辆自动变速系统的非线性,应用模糊逻辑控制理论,设计了能反映驾驶员意图的车辆换挡模糊控制器,并利用遗传算法对模糊控制器的参数进行了优化,最后设计并制作了实验平台,模拟车辆的换挡过程.实验证明,优化后的模糊换挡控制器能有效的改善换挡品质,并验证了整个设计策略的可行性和有效性.     

视觉导航智能车辆横向运动的自适应预瞄控制

车道保持系统中车辆横向运动控制应模拟驾驶员的横向操纵行为,驾驶员根据前方道路曲率及车辆速度适时调节预瞄距离,以获得理想的路径跟踪性能。首先,以车辆二自由度动力学模型及车辆道路几何位置关系为基础,建立车-路横向动力学模型。其次,基于单点预瞄最优曲率模型设计侧向加速度PD跟踪控制器,联立车-路横向动力学模型构建横向控制闭环系统,分析预瞄距离、车速、道路曲率的变化对系统响应的影响。最后,设计模糊控制器对预瞄距离进行模糊选择以提高车辆横向控制精度和减小侧向加速度,采用遗传算法对模糊规则进行优化以使横向控制系统性能达到最优。试验表明,相对固定预瞄控制方法,自适应预瞄减小了车辆侧向加速度,且道路跟踪的方向偏差和距离偏差均得到减小。     

直流串激电机调速的模糊控制仿真研究

在MATLAB环境下使用模糊控制对直流串激电机的调速系统进行仿真研究。设计的模糊控制器以电机的转速偏差及转速偏差率为输入,输出量用于控制斩波调速的PWM占空比。仿真结果表明该系统响应快,低速平稳,稳态误差小,调速精度高。     

Output feedback tracking control of uncertain robot manipulators via higher-order sliding-mode observer and fuzzy compensator

This paper develops a new method to control uncertain robot manipulators by using only position measurements. The controller is designed based on a combination of a computed torque controller (CTC) with a higher-order sliding-mode observer and a fuzzy compensator. First, three higher-order sliding-mode (SM) observers (second-order SM, third-order SM and third-order SM linear (TOSML) observers) are designed and compared to verify whether the TOSML observer is the best for observing velocity and identifying uncertainty. A combined CTC-TOSML controller was then designed. Although this controller scheme can overcome the drawbacks of conventional CTCs, its tracking performance can still be improved. To enhance capability of the tracking performance, a CTC-TOSML controller plus fuzzy compensator called a CTC-TOSML-Fuzzy controller is proposed. The proposed controller increases the potential of the CTC for real robot applications. Finally, computer simulation results on a PUMA560 robot are discussed to verify the effectiveness of the proposed strategy.     

基于三组测量绳结构的软体机械臂运动检测

针对气动软体机械臂运动形状检测问题,设计了一种基于拉线编码器的三组测量绳结构的运动学参数检测装置。依据分段常曲率法,构建了气动模块化软体机械臂的运动检测模型,基于机械臂柔性材料的特点,在建模过程中引入刚度法,使检测模型能准确反映从机械臂驱动气压到形状变化以及运动学参数的映射关系。提出了一种可模块化组装的气动软体机械臂,用于验证检测装置与模型的精度,所提出的机械臂在构型上由硅胶基体、运动气囊和连接板组成,能实现机械臂的模块化组装。通过对所构建的运动检测模型进行推导与仿真,得到了模型的相对误差。最后,通过试验验证了运动检测建模的精度和机械臂驱动、构型以及运动的特征。研究结果表明：相比于传统的视觉追踪方法,所设计的基于三组测量绳结构的检测装置能实现对软体机械臂运动形状的高精度检测。     

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。     

基于模糊推理的热轧带钢宽度控制

带钢热连轧宽度控制过程是一个复杂的非线性过程、难以建立精确的数学模型,对于传统的数学模型的轧机计算很难实现精度要求,本文设计一种用于宽度控制的模糊控制器,模糊控制器根据推理规则获得控制系统的查询表,用Matlab语言的Simulink仿真工具,进行了常规控制与模糊控制的动态性能的仿真比较,结果表明模糊控制可明显提高宽度控制系统的动态性能。