双连杆机械臂自抗扰控制器设计

针对双连杆机械臂非线性耦合系统,对2个关节分别设计了自抗扰控制器,运用自抗扰控制技术中的扩张状态观测器对系统进行动态补偿线性化,从而实现了2个关节的解耦控制.通过适当选择自抗扰控制器的控制参数,实现了机械臂的精确轨迹跟踪控制,仿真结果证明了自抗扰控制器的有效性和较强的鲁棒性,为机械臂的轨迹跟踪控制提出了新的思路.     

可重构机械臂分散自适应模糊滑模控制

为了适应软件模块化的设计观念,提出一种可重构机械臂的分散自适应模糊滑模控制方案,把可重构机械臂的动力学描述为一个交联子系统的集合。使用模糊逻辑系统逼近子系统动力学模型,然后设计自适应滑模控制器抵消交联项和模糊逼近误差对轨迹跟踪性能的影响。这些子系统控制器组成一个模块化的控制网络,协调工作实现可重构机械臂稳定可靠的运动。最后,仿真结果证明了提出的分散控制方案的有效性。     

柔性机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制

对多连杆柔性机械臂的轨迹跟踪控制提出了一种鲁棒控制方法。基于奇异摄动法将多连杆柔性机械臂系统分离为慢变和快变两个子系统，对两者分别采用滑模变结构控制和Ｈ∞控制，由此得出的组合控制使系统精确跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动，并且使由非线性机械结构引起的结构不确定性和由弹性变形引起的非结构不确定性及外扰具有较强的鲁棒性。最后通过仿真实验说明其有效性。     

柔性机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制

对多连杆性机械臂的轨迹跟踪控制提出了一种鲁棒控制方法，基于奇异摄动法将多连柔性机械臂系统分离为慢变和快变两个子系统，对两者分别采用滑模变结构控制和Ｈ＾∞控制，由此得出的组合控制使系统精确跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动，并且使由非线性机械结构引起的结构不确定性和由弹性变形引起的非结构不确定性及外扰具有较强的鲁棒性，最后通过仿真实验说明其有效性。     

基于自适应神经网络的柔性关节机械臂控制

柔性关节机械臂系统是一个非线性高阶系统,且其动力学方程难以精确地获得。因此,提出一种以关节驱动电机的输入电压为控制量的自适应神经网络控制器,用于控制多连杆柔性关节机械臂系统。所提控制方法通过对柔性关节机械臂模型解耦得到关节转角关于电压的方程,以电压为系统控制输入。设计神经网络控制器用于逼近最优控制输入,并设计鲁棒控制器补偿逼近误差。该控制方法不再涉及复杂的动力学方程,因此能简化计算。相比已有控制方法,所提出的控制策略更简单、响应更快且更有效。并以二连杆柔性关节机械臂为例进行了仿真研究,结果证明了所提出控制方法的有效性。     

基于扩张状态观测器的机械臂滑模控制

为了解决机械臂在外部干扰和自身参数不确定性情况下的轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扩张状态观测器（ESO）的机械臂滑模控制方法.针对干扰信号,设计扩张状态观测器对系统的总扰动进行估计;将估计出的扰动值引入基于机械臂动力学方程设计出的滑模控制律中,完成了对机械臂轨迹跟踪控制方法的设计;最后,利用Lyapunov函数验证了系统的稳定性.仿真结果表明：基于扩张状态观测器的机械臂滑模控制可以克服外部扰动和自身参数的不确定性,使系统具有较好的鲁棒性,控制机械臂能较好地跟踪给定轨迹.     

基于水下目标抓取的UVMS抗扰控制方法研究

水下机器人-机械臂系统（UVMS）在水下作业过程中存在自身结构不确定性干扰、系统动力学耦合干扰以及海流干扰的问题,这对水下机器人的运动控制提出了更高的要求。本文以某欠驱动水下机器人系统作为研究对象,提出了一种误差受限的抗干扰控制方法。基于视线法和设定性能函数得到UVMS的误差动力学模型,再基于此模型设计水下机器人（AUV）抗扰控制器。通过牛顿-欧拉方程估算机械臂对于AUV本体的耦合干扰并进行实时补偿。采用神经网络控制补偿AUV系统的结构性不确定性,并利用自适应控制来补偿神经网络估计误差、非结构性不确定性误差和机械臂耦合干扰的补偿误差。通过机械臂静止和定点作业两组工况下的仿真实验发现,运动控制任务符合设定预期时间和跟踪精度,同时也验证了分离式UVMS运动控制方案在水下定点作业任务中的可行性和有效性。本文方法具有很强的鲁棒性,且能够通过此抗扰控制方法来抑制这些不确定性干扰的影响。     

压电柔性机械臂的轨迹跟踪控制

提出一种利用压电材料对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制的方法．利用假设模态法,采用压电作动器和传感器同位配置,根据Lagrange方程建立了单连杆柔性机械臂的动力学模型;针对柔性机械臂的非最小相位特点,以刚性旋转关节的转角为控制输出、以压电作动器抑制柔性机械臂的末端振动,基于Lyapunov函数,采用PD(proportional-differential)控制策略实现了对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制．仿真结果表明,压电作动器很好地抑制了柔性机械臂末端的振动,末端的轨迹跟踪由关节驱动和压电作动共同完成,PD控制算法简单,易于工程实现．     

双连杆柔性机械臂的非线性轨迹跟踪控制

针对双连杆柔性机械臂提出了一种非线性轨迹跟踪控制方案。利用输入－输出线性化方法使得关节变量与弹性变量解耦，导出了柔性机械臂的零动力学方程，并证明关节轨迹跟踪控制的稳定性。最后进行的仿真实验表明了本方法的有效性     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

空间机械臂在轨快换高精度模块化关节的研制

研制了一种高输出力矩可实现高速比、高控制精度的在轨可维护模块化关节。首先对高负载空间机械臂进行了动力学仿真,计算出关节力矩需求。其次,确定直流无刷舵机串联谐波减速器的传动方案。直流无刷舵机本身的齿轮传动误差经过谐波传动可以忽略,又有效提高了速比;输出端谐波减速器使关节在满足力矩需求的同时,具有很高负载自重比和传动精度,整个关节的机械回差可控制在1 arc min以内。在机械精度得以保证的同时,设计了基于FPGA的空间机械臂关节硬件控制器,完成高精度传的感器信息采集处理以及关节的闭环控制,以达到3 arc min以内的闭环控制精度指标。另外,为保证此关节长期在轨服役需求,设计了在轨可更换功能以及在轨手动驱动功能;所有控制电路集成于关节内部,实现机电一体模块化,便于在轨整体拆换。最后以关节样机为实验对象,搭建关节负载-精度测试平台,通过PD控制得出关节闭环控制精度,验证了设计的正确性。     

弹药传输机械臂固定时间终端滑模控制

为提高坦克弹药传输机械臂在路面激励等外界扰动下位置控制的鲁棒性,设计一种固定时间终端滑模控制器(fixed-time terminal sliding mode controller, FTSMC).推导含垂直基础振动的弹药传输机械臂动力学方程,将系统的基础振动处理成干扰项.采用新型固定时间收敛干扰观测器对系统不确定项进行补偿,改善了控制器的鲁棒性.结合固定时间收敛双幂次趋近律和固定时间终端滑模面设计固定时间终端滑模控制器.用Lyapunov理论证明了系统固定时间收敛特性. 3种工况下的对比实验表明,设计的复合控制器对不确定性干扰具有强鲁棒性,能够对外界扰动下的弹药传输机械臂进行准确定位控制.     

基于神经网络滑模的采摘机械臂控制设计

针对二自由度采摘机械臂的位置跟踪控制问题,设计了一种基于神经网络的滑模控制器。其中,神经网络控制器用来估计含有不确定性的滑模控制的等效控制律;鲁棒控制器用来使动态系统始终保持在滑模面上,保证了系统的渐近稳定性,进而实现了采摘机械臂的高精度位置跟踪控制。基于李亚普诺夫稳定性理论设计了自适应律来在线估计系统的不确定性。仿真结果表明:设计的控制器能够实现采摘机械臂对期望位置的精确跟踪,可以满足实际工程的需要。     

Modeling and controlling of a flexible hydraulic manipulator

1INTRODUCTION Themodelingofaflexiblemanipulatordrivenbyhydrauliccylinderactuatoranditscontrollingarecomplex.Firstly,thecouplingeffectsonrigidbodymotion,beamflexuralvibration,andhydrau licactuatordynamicsarestrong.Secondly,inad ditiontouncertaintiesoftheflexiblearm,therearelargevariationsinthehydraulicsystemparame ters[13].Sofar,themode basedrobustcontrolofahydraulicallydrivenmanipulatorhasnotbeenwellstudiedandfewresultsareavailable.InRefs.[46],thedevelopmentandverificationofageneralstate…     

Time delay control of hydraulic manipulators with continuous nonsingular terminal sliding mode

For the position tracking control of hydraulic manipulators,a novel method of time delay control(TDC) with continuous nonsingular terminal sliding mode(CNTSM) was proposed in this work.Complex dynamics of the hydraulic manipulator is approximately canceled by time delay estimation(TDE),which means the proposed method is model-free and no prior knowledge of the dynamics is required.Moreover,the CNTSM term with a fast-TSM-type reaching law ensures fast convergence and high-precision tracking control performance under heavy lumped uncertainties.Despite its considerable robustness against lumped uncertainties,the proposed control scheme is continuous and chattering-free and no pressure sensors are required in practical applications.Theoretical analysis and experimental results show that faster and higher-precision position tracking performance is achieved compared with the traditional CNTSM-based TDC method using boundary layers.     

柔性机械臂结构控制一体化设计

综合考虑机械结构和控制器对系统性能的影响,采用结构与控制一体化设计方法对单连杆柔性机械臂系统进行了研究,同时优化设计参数包括柔性机械臂结构参数和控制器参数.为兼顾系统鲁棒性和抑制末端柔性振动性能,采用H_∞鲁棒控制器.结构设计变量的参数寻优采用智能优化算法.设计结果表明.柔性机械臂具有非均匀截面梁结构,设计的控制器对系统参数的不确定性有较好的鲁棒性.     

柔性机械臂振动控制研究

总结并分析了柔性机械臂动力学建模和振动控制的最新进展,建立了柔性机械臂振动控制实验系统,分别采用ＰＩＤ控制策略和线性二次型最优控制（ＬＱＲ）策略对柔性机械臂的振动控制进行了实验研究,并提出ＰＩＤ了控制与闭环反馈控制相结合的有效性。实验结果表明闭环应变反馈控制比单纯的的ＰＩＤ控制更为有效。     

基于自适应终端滑模控制器的机械手跟踪控制

针对具有不确定性的机械手轨迹跟踪控制问题,提出一种自适应二阶终端滑模控制器设计方法。设计一类非线性不确定系统的自适应二阶终端滑模算法,使得不连续符号函数包含在控制微分项,实际控制作用连续;采用自适应律克服不确定性上界未知问题,基于Lyapunov方法证明系统稳定性;针对机械手轨迹跟踪问题,基于所提出控制方法设计机械手自适应终端滑模控制方案;通过对双关节机械手轨迹跟踪仿真研究,验证所提出控制策略的有效性。     

基于气动人工肌肉机械手的研究

目前机械手普遍使用气缸,虽然可以实现对操作位置和作用力的有效控制,但是气缸响应速度慢,柔顺性差,不适合应用在医疗和福利领域。用柔性执行器气动人工肌肉为新型执行器构建气动人工肌肉机械手系统,特别是多自由度的平台,是气动方向一项新的研究内容。文章在现有研究工作基础上,对气动机械手系统进行研究,对系统的结构、电气路设计进行了详细描述。机械手系统的可行性与有效性得到了实验的证明。