柔性空间机械臂捕获卫星过程的鲁棒镇定与自适应抑振复合控制

分析漂浮基柔性空间机械臂捕获运动卫星过程的碰撞动力学,及受碰撞冲击后的不稳定空间机械臂系统的控制.首先,利用假设模态法近似描述柔性杆的弹性变形,并结合第二类拉格朗日方程建立柔性空间机械臂多体系统动力学模型.而后,基于动量守恒原理,利用动量冲量法分析空间机械臂捕获卫星的碰撞动力学.针对受碰撞冲击后不稳定运动空间机械臂,设计鲁棒镇定与自适应抑振复合控制以维持空间机械臂与被捕获卫星组合体系统稳定.最后,数值仿真揭示了碰撞冲击影响效应,并验证了上述控制算法的有效性.     

基于模糊自适应滑模算法的多机械臂力/位混合控制

针对多机械臂力/位混合控制受摩擦力等不确定因素影响的问题,该文提出了一种基于模糊自适应鲁棒滑模算法的控制方法。首先,根据机械臂及物体的动力学方程,构建多机械臂系统模型,并将模糊算法与自适应滑模算法相结合;然后,对不确定因素及未知非线性项进行补偿,利用鲁棒算法对系统可靠性进行提升;最后,基于李雅普诺夫方法,证明了该系统的稳定性。仿真结果显示,该方法可显著提升控制器的控制精度和系统响应速度。     

基于特征建模的连续体机械臂自适应鲁棒控制技术研究

针对连续体机械臂动力学建模困难,控制难度大的问题,使用特征建模的方法,用简化等价的特征模型设计了自适应鲁棒控制器。首先,通过对机械臂系统进行分析,使用特征建模得到等价的动力学模型,然后采用递推最小二乘法进行参数辨识,得到该特征模型的特征参数,最后,利用模型与辨识得到的参数设计了一种结合滑模控制的自适应控制器。通过仿真实验对本文方法与传统PID方法进行对比,仿真结果表明,本文的方法对于末端角度控制的跟踪精度高,同时对于末端扰动有着良好的自适应能力和鲁棒性。     

考虑输出约束的机械臂自适应神经网络鲁棒控制

在工业机械臂系统的跟踪控制过程中,由于其结构和工作环境复杂,导致难以建立精确的系统模型,针对此问题提出了基于多层前馈神经网络的自适应鲁棒控制器.通过神经网络在线估计机械臂系统动力学模型,并在控制器中进行补偿,同时设计了一个在线更新的鲁棒项克服神经网络的重构误差;考虑机械臂实际系统的输出约束,采用障碍李雅普诺夫函数设计控制律并证明系统的稳定性从而使系统满足约束条件.仿真实验结果表明:在约束条件下所提出的控制器能够实现系统的一致最终有界稳定,且跟踪性能良好,并具有很好的抗干扰和自适应能力.     

机械臂轨迹跟踪控制研究进展

综述了近年来刚性机械臂轨迹跟踪控制研究领域的最新进展.根据应用于机械臂的不同控制算法进行分类,从自适应PID控制、神经网络自适应控制、模糊自适应控制、滑模变结构控制和鲁棒自适应控制5种主要控制方法进行阐述.重点从关节空间出发,论述了各种控制算法在提高机械臂轨迹跟踪性能方面的各自优缺点,并分析了它们之间的相互联系.对机械...     

作业型飞行机器人动态滑翔抓取的鲁棒自适应控制

作业型飞行机器人是指将多自由度机械臂固连在飞行机器人上的一类新型机器人系统,它能够对周围环境施加主动影响,同时也存在较为复杂的动力学性能.本文针对作业型飞行机器人滑翔抓取物体时所受到的摩擦力和接触力问题以及在飞行过程中产生的转动惯量变化问题,设计了一种整体式鲁棒自适应控制策略.首先在作业型飞行机器人系统动力学建模中引入...     

参数不确定空间机械臂系统的鲁棒自适应混合控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机械臂系统的控制问题.对系统运动学、动力学的分析结果表明,结合系统动量守恒及动量矩守恒关系得到的系统广义Jacobi关系以及系统的动力学方程是系统惯性参数的非线性函数.证明了借助于增广变量法可以将系统的增广广义Jacobi矩阵及系统动力学方程表示为一组适当选择的(组合)惯性参数的线性函数.以此为基础,针对系统惯性参数不确定的情况,设计了空间机械臂末端抓手跟踪惯性空间期望轨迹的鲁棒自适应混合控制方案.仿真运算结果证实了方法的有效性.     

受时变约束柔性臂鲁棒RBF神经网络力/位置控制

研究了受时变约束的柔性臂系统，建立了分布参数模型，通过奇异摄动方法将该模型划分为表征系统刚性运动的集中参数子系统和表征系统振动的分布参数子系统．设计了集中参数子系统的鲁棒RBF神经网络力／位置控制算法和分布参数子系统的鲁棒自适应振动抑制控制算法．理论分析及仿真结果验证了该方法的有效性．     

漂浮基柔性空间机械臂姿态与关节协调运动的Terminal滑模控制

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与各关节协调运动的控制问题．基于假想模态法、系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基柔性空间机械臂系统的动力学方程,并将其转化为系统控制状态方程．以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与各关节协调运动的Terminal滑模控制方案．提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性．此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒和稳定性．一个平面两杆漂浮基柔性空间机械臂的系统数值仿真,证实了方法的有效性．     

柔性机械臂末端位置的变结构模型参考自适应控制

本文用变结构方法设计柔性机械臂的模型参考自适应控制律．首先用最优状态反馈方法构造了参考模型，然后定义了末端位置误差，构造了滑模曲线，接着用变结构方法推导了自适应控制律，最后针对一具体柔性臂作了仿真研究，验证了理论的正确性并给出了一些有意义的结论．     

平面双连杆受限柔性机器人臂的动力学建模*

对一类平面双连杆受限柔性机器人臂的动力学建模问题进行研究，利用Ｄ’Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理得到了一组描述该机器人系统运动性态的动力学方程。与已有的动力学模型相比，本文所建立的运动方程和振动方程具有模型准确、结构简单等特点，且具有与传统无约束刚性机器人类似的模型形式，因而有可能直接或间接利用现有的关于刚性机器人运动控制等方面的成果来研究复杂的受限柔性机器人的控制问题。     

Dynamic modelling and adaptive robust tracking control of a space robot with two-link flexible manipulators under unknown disturbances

In this paper, both the closed-form dynamics and adaptive robust tracking control of a space robot with two-link flexible manipulators under unknown disturbances are developed. The dynamic model of the system is described with assumed modes approach and Lagrangian method. The flexible manipulators are represented as Euler–Bernoulli beams. Based on singular perturbation technique, the displacements/joint angles and flexible modes are modelled as slow and fast variables, respectively. A sliding mode control is designed for trajectories tracking of the slow subsystem under unknown but bounded disturbances, and an adaptive sliding mode control is derived for slow subsystem under unknown slowly time-varying disturbances. An optimal linear quadratic regulator method is proposed for the fast subsystem to damp out the vibrations of the flexible manipulators. Theoretical analysis validates the stability of the proposed composite controller. Numerical simulation results demonstrate the performance of the closed-loop flexible space robot system.     

一种双连杆柔性臂动力学模型的研究

针对末端位置受约束的双连杆柔性机械臂,通过哈密顿原理得到系统的分布参数模型,推导了描述关节角,柔性杆振动和接触力之间关系的动力学模型.根据3个假设条件推导柔性臂简化的集中参数动力学模型及准静态方程,利用了计算力矩法设计的控制器对模型进行控制,通过Matlab进行仿真,利用Matlab的符号运算功能,编制M文件实现数学模型自动推导,整个建模和运算过程简单、直观和高效,并绘制了参数轨迹图像,验证了模型的有效性,已应用到小波神经网络控制算法研究中.     

柔性臂漂浮基空间机器人建模与轨迹跟踪控制

利用拉格朗日法和假设模态方法建立了末端柔性的两臂漂浮基空间机器人的非线性动力学方程．通过坐标变换,推导出一种新的以可测关节角为变量的全局动态模型,并在此基础上运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法得到关节相对转角与柔性臂的弹性变形部分解耦形式控制方程．最后,讨论了柔性臂漂浮基空间机器人的轨迹跟踪问题,并通过仿真实例计算,表明该模型转换及控制方法对于柔性臂漂浮基空间机器人末端轨迹跟踪控制的有效性．     

Symbolic modeling and dynamic simulation of robotic manipulators with compliant links and joints

The explicit, non-recursive symbolic form of the dynamic model of robotic manipulators with compliant links and joints are developed based on a Lagrangian-assumed mode of formulation. This form of dynamic model is suitable for controller synthesis, as well as accurate simulations of robotic applications. The final form of the equations is organized in a form similar to rigid manipulator equations. This allows one to identify the differences between rigid and flexible manipulator dynamics explixitly. Therefore, current knowledge on control of rigid manipulators is likely to be utilized in a maximum way in developing new control algorithms for flexible manipulators.

Computer automated symbolic expansion of the dynamic model equations for any desired manipulator is accomplished with programs written based on commercial symbolic manipulation programs (SMP, MACSYMA, REDUCE). A two-link manipulator is used as an example. Computational complexity involved in real-time control, using the explicit, non-recursive form of equations, is studied on single CPU and multi-CPU parallel computation processors.     

Dynamics and Noncollocated Model‐Free Position Control for a Space Robot with Multi‐Link Flexible Manipulators

In this paper, both the dynamics and noncollocated model‐free position control (NMPC) for a space robot with multi‐link flexible manipulators are developed. Using assumed modes approach to describe the flexible deformation, the dynamic model of the flexible space robotic system is derived with Lagrangian method to represent the system dynamic behaviors. Based on Lyapunov's direct method, the robust model‐free position control with noncollocated feedback is designed for position regulation of the space robot and vibration suppression of the flexible manipulators. The closed‐loop stability of the space robotic system can be guaranteed and the guideline of choosing noncollocated feedback is analyzed. The proposed control is easily implementable for flexible space robot with both uncertain complicated dynamic model and unknown system parameters, and all the control signals can be measured by sensors directly or obtained by a backward difference algorithm. Numerical simulations on a two‐link flexible space robot are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed control.     

重力作用下柔性机械手臂滑动模控制器的鲁棒设计*

本文研究柔性机械手臂在竖直平面内的调节问题。首先给出了在重力作用下滑动模的运动方程；进而得到了滑动模极点配置问题的显解；最后给出了在非匹配参数扰动下使滑动模具有良好动态品质的鲁棒极点配置方法，从而解决了早期工作中提出的关于滑动模控制器设计中的极点配置及鲁棒性问题，为滑动模控制方法应用于柔性机械手鲁棒控制问题奠定了理论基础。     

Experimental Control of a Two-Dof Flexible Robot Manipulator by Optimal and Sliding Methods

This paper presents an experimental study of a robust control scheme for flexible-link robotic manipulators. The design is based on a simple strategy for trajectory tracking which exploits the two-time scale nature of the flexible part and the rigid part of the dynamic equations of this kind of robotic arms: A slow subsystem associated with the rigid motion dynamics and a fast subsystem associated with the flexible link dynamics. Two experimental approaches are considered. In a first test an LQR optimal design strategy is used, while a second design is based on a sliding-mode scheme. Experimental results on a laboratory two-dof flexible manipulator show that this composite approach achieves good closed-loop tracking properties for both design philosophies, which compare favorably with conventional rigid robot control schemes.     

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.     

Constrained motion control of flexible robot manipulators based on recurrent neural networks

In this paper, a neural network approach is presented for the motion control of constrained flexible manipulators, where both the contact force everted by the flexible manipulator and the position of the end-effector contacting with a surface are controlled. The dynamic equations for vibration of flexible link and constrained force are derived. The developed control, scheme can adaptively estimate the underlying dynamics of the manipulator using recurrent neural networks (RNNs). Based on the error dynamics of a feedback controller, a learning rule for updating the connection weights of the adaptive RNN model is obtained. Local stability properties of the control system are discussed. Simulation results are elaborated on for both position and force trajectory tracking tasks in the presence of varying parameters and unknown dynamics, which show that the designed controller performs remarkably well.