基于H∞理论的柔性机械臂振动主动控制

目的 研究柔性机械臂的振动主动控制问题,实现对机械臂振动的抑制.方法 使用压电元件作为驱动器,采用解析建模方法建立简化的压电柔性机械臂的动力学方程和控制系统模型,基于H∞控制理论设计了压电柔性机械臂的振动主动控制系统.结果 仿真结果表明.H∞控制器有效抑制了压电柔性机械臂的振动.尤其是低频振动分量大大下降.结论 利用H∞方法设计的控制器实现了对柔性机械臂的振动主动控制.且该方法具有强鲁棒性.     

柔性机械臂系统的全局优化设计

为了进一步提高系统的整体性能,综合考虑柔性机械臂动力学特性与控制策略的作用,基于同时设计思想,建立了系统整体优化数学模型(包括机械臂结构、传感器、控制器和驱动器等参数)．在整体优化目标下,通过改进的遗传算法进行了系统参数的全局寻优．优化后的柔性机械臂为变截面梁,控制器不仅易于实施而且对系统参数的不确定性具有鲁棒性．研究结果表明,全局优化设计使该系统在不增加能耗的同时,改善了柔性振动抑制效果,提高了系统的整体性能．     

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.     

压电柔性机械臂振动模拟与BP-PID控制

为了提高柔性臂的控制精度,以悬臂机械臂为研究对象,首先,根据欧拉-伯努利梁模型推导压电柔性机械臂的微分方程,采用ANSYS模拟得到前两阶弯曲振型,为PZT的粘贴位置提供依据;其次,利用现代控制理论得到压电柔性臂系统的状态空间方程,分别采用PID和BP-PID对柔性臂进行独立模态控制;最后,分别利用两种控制方法对机械臂末端位移进行控制仿真。结果表明,BP-PID控制精度较高,鲁棒性较强,在结构振动控制领域有着较好的应用前景。     

刚-柔耦合机械臂动力学建模及其振动抑制研究

根据假设模态法,对刚-柔耦合机械臂系统进行运动学分析;基于Lagrange方程,建立刚-柔耦合机械臂系统的动力学模型;采用滑膜变结构控制方法对刚-柔性机械臂的振动控制进行仿真研究.结果表明:一阶模态下的动力学模型即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求,滑模变结构控制能够有效地减缓柔性末端的振动,提高机械臂系统的动力学性能和精度.     

基于Quanser实验平台的带有输出约束单连杆柔性机械臂的神经网络控制

机械臂在航空航天、服务等领域的应用越来越广泛,其研究也越来越深入.相比于刚性机械臂,柔性机械臂质量轻、能耗小,具有更好的性能.但是,由于柔性机械臂本身的结构与材料具有特殊性,其在运动过程中会产生弹性形变与振动,这就给机械臂的定位、轨迹跟踪带来了困难,因此对其振动抑制的研究具有重要意义.本文利用假设模态法对单连杆柔性机械臂系统进行建模,通过李雅普诺夫直接法实现了闭环系统的稳定性.由于一些实际问题对控制系统的状态量有特殊要求,因此采用正切函数形式的障碍李雅普诺夫策略来处理输出约束问题,之后利用神经网络控制方法来逼近系统的不确定性,通过李雅普诺夫法对闭环系统的稳定性进行了分析,并基于Matlab平台设计仿真、基于Quanser实验平台进行实验,对控制器的控制性能进行了验证.     

大型空间机械臂柔性关节的微分几何算法控制器设计

大型空间机械臂负责空间站大型负载的运输、装配,而关节柔性会在一些工况下造成振动.因此设计了一种大型空间机械臂柔性关节控制器.针对谐波减速器的引入而带来的柔性,建立了柔性关节的动力学模型;采用基于微分几何反馈线性化方法对柔性关节模型做了精确线性化解耦处理.对于线性化后的系统,为了克服不确定性及提高鲁棒性,采用具有较高鲁棒性和抗干扰性的滑模变结构控制规律来实现轨迹的合理跟踪.在Matlab/simulink中实现了线性化过程和滑模控制过程,对给定输入信号进行跟踪仿真,改变滑模控制的控制参数,得到控制参数对系统影响,验证了滑模控制的高鲁棒性,并能很好地跟踪输入信号.仿真结果表明,反馈线性化与和滑模控制的结合可以很好地应用于柔性机械臂的控制.     

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。     

基于观测器的柔性关节机械臂滑模控制

柔性机械臂在运动过程中会产生如扭曲、弹性、剪切等形变,给柔性机械臂的分析和控制带来困难。为了满足柔性机械臂高性能的控制要求,提出将基于观测器的滑模控制方法用于柔性机械臂中,设计一个观测器观测柔性机械臂系统各个状态变量,并且采用滑模变结构设计控制器。仿真结果表明,基于观测器的柔性关节机械臂滑模控制方法能够很好地观测到系统各个状态变量,且状态估计误差趋近于零,满足柔性臂的快速跟踪性要求,具有很好的实践意义。     

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。     

乘性故障对开闭环系统故障诊断性能的影响

研究线性系统中执行器乘性故障分别对于开闭环系统故障诊断的影响。真实系统由于稳定性、鲁棒性等要求通常受到控制信号的作用。在执行器发生故障时,控制信号与残差信号无法完全解耦,故障幅值也会不可避免的对故障诊断性能带来影响。建立线性离散系统中执行器乘性故障模型,采用Luenburger观测器方法生成残差,通过分析故障情况下系统残差的一步转移方程递推表达式,研究开闭环系统中故障情况下估计误差信号和残差信号的动态演化规律。利用三角不等式得到开闭环情况下残差信号发散和收敛的条件,该条件与乘性故障的不同幅值紧密相关。仿真试验中通过选取不同幅值的执行器乘性故障说明该分析的有效性。     

临近空间飞行器的自适应积分滑模容错控制

为提高临近空间飞行器的安全性和可靠性,针对飞行器中未知的执行器故障,提出了一种自适应积分滑模容错控制方法。设计积分滑模面,使滑动模态运动起始于系统的初始状态,进一步增强系统的鲁棒性。构造自适应滑模容错控制律,处理执行器故障的影响。在自适应律中定义一个非线性函数,利用积分滑模面的动态变化检测故障的发生,并激发自适应律实现控制增益的自动调整。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的渐近稳定性。仿真验证在临近空间飞行器的纵向动力学模型上进行,结果表明该方法具有期望的容错跟踪性能。     

Fault detection and identification for dead reckoning system of mobile robot based on fuzzy logic particle filter

To deal with fault detection and diagnosis with incomplete model for dead reckoning system of mobile robot, an integrative framework of particle filter detection and fuzzy logic diagnosis was devised. Firstly, an adaptive fault space is designed for recognizing both known faults and unknown faults, in corresponding modes of modeled and model-free. Secondly, the particle filter is utilized to diagnose the modeled faults and detect model-free fault according to the low particle weight and reliability. Especially, the proposed fuzzy logic diagnosis can further analyze model-free modes and identify some soft faults in unknown fault space. The MORCS-1 experimental results show that the fuzzy diagnosis particle filter (FDPF) combinational framework improves fault detection and identification completeness. Specifically speaking, FDPF is feasible to diagnose the modeled faults in known space. Furthermore, the types of model-free soft faults can also be further identified and diagnosed in unknown fault space.     

TSP隧道超前地质预报技术在宽大断层内部的应用

当前借助隧道超前地质预报技术对小规模断层的探测及对断层破碎带范围界限的判定在业界已取得了一定的成果,但实际隧道工程中往往也面临着地质条件复杂多变的宽大断层,而在宽大断层内部准确开展超前地质预报探测是当前亟需进一步应用研究的工作.本次研究采用TSP法(一种弹性波反射法)对宽大隧道断层内部的地质情况进行探测,通过资料处理、...     

基于SFN故障模式的最终事件故障概率分布确定方法

为研究空间故障网络（Space Fault Network,SFN）中故障模式的最终事件故障概率分布（Fault Probability Distribution of Target Event,TEFPD）,在不同情况下确定分布特征,提出不同情况下的TEFPD确定方法。研究对象为单元故障演化过程和全事件诱发+最终事件过程两种。根据原因事件和结果事件的关系,分析方法分为比较形式方法和继承形式方法。根据故障模式中事件存在性,故障概率分布处理方式分为最大值方法和平均值方法。考虑多因素影响,将事件故障概率分布引入到分析中,得到各种情况下的TEFPD。通过一个简单故障模式得到TEFPD,最终总结各种方式得到的TEFPD的特征显著程度。     

模糊神经网络技术在铝电解故障诊断中的应用

目的为了提高生产效率、降低成本、安全生产，通过对铝电解故障进行有效的检测和预报，减少铝电解过程中阳极效应、热槽、冷槽故障的发生．方法通过对铝电解故障发生机理和故障发生时相关特征量变化趋势的分析，基于模糊逻辑理论。建立了多级模糊故障检测模型，采用BP神经网络建立了故障分类模型，实现对铝电解故障的检测和预报．结果降低了模糊系统的维度，减少了规则数量，采用多级模糊与神经网络相结合的故障诊断预报的方法，提前了预报时间，提高了预报准确率．结论铝电解模糊神经网络故障诊断方法，有效地降低铝电解的故障发生率，降低了能耗，提高了铝的产量和质量，具有良好的应用前景．     

生长指数与断层落差的对比研究

通过对断层落差与生长指数法对比研究,分析了二者应用的假设条件、应用范围及研究断层活动特征时的优缺点,认为在准确地层对比的基础之上,断层生长指数法要求凹陷内不同部位、各时代的沉积速率一致,断层上下盘没有大的沉积间断,而断层落差法则假设剥蚀区内断层上下盘的被剥蚀厚度保持一致,不必考虑沉积间断.生长指数法、断层落差法可以在一定程度上用于挤压和断陷盆地中研究反转断层和生长断层的活动强度和活动历史;而断层落差法在分析断陷盆地中的生长断层时更为直观、可靠,尤其是上升盘地层缺失及具有相对升降幅度差的生长断层的活动强度.开展了不同方法对比研究,可以得到更多的信息,以期更好地探讨研究区的断层演化或活动历史.     

空间柔性机械臂大负载情况下的动力学仿真

对大质量负载下柔性空间机械臂进行了动力学数值仿真，根据由拉格朗日公式推导出的一杆和平面二杆的非线性模型，采用变步长四阶龙格—库塔法计算，得到大负载下机械臂的运动情况，仿真结果精确可靠，实时性强．     

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。     

一类非线性系统的鲁棒耗散容错控制

针对一类基于T-S模糊模型表示的具有范数有界时变参数不确定性的非线性系统和严格耗散要求,提出在执行器故障时系统稳定且严格耗散的鲁棒耗散容错控制器设计方法.应用并行分布式控制及线性矩阵不等式的方法,得出了系统在执行器故障时耗散容错控制器存在的充分条件,并且使闭环系统对于允许的参数不确定性具有鲁棒性.进一步建立和求解线性矩阵不等式约束的凸优化问题,给出了系统稳定且严格耗散的模糊容错控制器的设计方法.仿真结果表明该方法的可行性和有效性.