移动机器人路径跟踪控制方法研究

基于两轮差动驱动的移动机器人,设计了一种路径跟踪控制系统。系统采用临时路径生成方法,通过规划移动机器人跟踪上期望路径前的轨迹,消除初始位置误差和方向误差,解决了移动机器人直接跟踪期望路径时控制量可能过载的问题,使机器人光滑趋近到期望路径。控制器的设计采用模糊控制器。试验验证了系统的有效性。     

平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制

基于模糊控制理论,研究水平运动的4自由度欠驱动机器人位置和姿态控制问题。平面4自由度欠驱动机器人是具有冗余度和欠驱动双重特征的复杂二阶非完整系统,利用主动关节和被动关节加速度之间的耦合作用控制被动关节的运动,同时实现机械臂末端的轨迹跟踪和末杆的姿态控制。根据分层控制思想,提出双模态模糊PID复合控制算法,针对两个子任务分别设计控制器。通过Matlab和ADAMS的联合仿真验证算法的有效性,在基于可编程多轴运动控制卡的试验台上实现平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制试验。仿真和试验结果表明,所设计的模糊PID复合控制器对平面4自由度欠驱动机器人末杆的位置和姿态控制是可行、有效的。     

多电机机器人模糊PID控制仿真研究

机器人在复杂环境中运动时,其关节角位移跟踪容易受到外界波形干扰,导致角位移跟踪误差较大,造成控制系统稳定性下降。对此,建立三关节机器人简图模型,给出了机器人动力学方程式,采用多电机并行驱动机器人关节角位移运动;采用模糊规则建立模糊PID控制器,利用模糊论域在线调节PID控制参数,保持控制系统的稳定性。采用Matlab软件对多电机机器人模糊PID控制效果进行仿真,结果显示:在大扰动环境中,采用模糊PID控制器,可以提高机器人关节角位移跟踪精度,保持多电机驱动机器人关节运动的稳定性。     

基于遗传算法的平面欠驱动机器人模糊控制

以平面欠驱动机器人为研究对象,对其运动控制问题进行了研究,提出了一种基于遗传算法的模糊控制新方法.控制目标为实现欠驱动机器人的任意位置控制.控制器直接以关节角度误差变量作为模糊控制器的输入,引入遗传算法对模糊控制规则和隶属度函数同时进行优化,进而得到最优模糊控制系统,最后进行数值仿真,仿真结果表明所设计的控制器能快速精确的实现2自由度及3自由度欠驱动机器人的任意位置控制,且具有很好的稳定性.     

欠驱动AUV基于干扰观测器的滑模控制

为了提高欠驱动自主水下机器人在外部干扰影响下的航向跟踪控制性能,设计一种基于非线性干扰观测器的滑模控制器.有条件地简化欠驱动自治水下机器人的水平面模型,建立简化模型的状态方程;构造非线性干扰观测器,设计基于干扰观测器的滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论确保闭环系统的稳定性.仿真结果表明:存在外界干扰的情况下,基...     

基于自适应模糊PID控制的气动微型机器人系统

根据尺蠖蠕动原理，研制了一种具有三自由度的微型蠕动机器人内窥镜诊疗系统，该机器人由空气压橡胶驱动器驱动，通过气囊钳位。设计了电一气脉宽调制伺服系统控制机器人的移动，建立了微型蠕动机器人控制系统的动态模型，以一种简化的自适应模糊PID方法控制机器人，将模糊控制器辨识的输出作为PID控制器的输入不断改变控制参数。在自适应模糊PID控制下对系统进行了仿真并进行了实验，结果证实该方法弥补了模糊控制与PID控制的不足，使系统的动静特性都达到预期效果，是一种理想的气动微型蠕动机器人控制方法。     

水下清洗机器人路径跟踪反演控制方法研究

针对海上鱼场网衣清洗问题,文中提出了一种水下清洗机器人的反演跟踪控制方法。首先对机器人的运动进行分析,建立了运动学、动力学模型。为了保证机器人在扰动环境下具有良好路径跟踪能力以实现对网箱的有序清洗,将控制系统分为三个子系统,分别定义了位置误差、速度误差、扰动估计误差及各自的李雅普诺夫函数,对每个子系统设计中间虚拟控制量,并导出最终控制律,完成了反演控制器的设计。在MATLAB Simulink环境下建立水下机器人仿真模型,并实现了机器人对规划清洗路径的跟踪控制仿真。仿真结果表明,通过该方法设计的控制器在水下干扰环境下具有良好的鲁棒性,机器人能够较好地跟踪规划清洗路径。     

移动机器人智能路径跟踪系统的应用研究

介绍了一种用于移动机器人路径跟踪控制系统中参数自调整的模糊PID控制器.给出了参数自调整的原则、模糊PID控制算法,阐述了参数自调整模糊PID控制器的工作原理、特点及组成,并通过仿真实验与常规PID控制对比,结果表明了移动机器人路径跟踪控制系统具有超调小、响应快、调节时间短等较高的控制精度和良好的动态品质及鲁棒性,从而证明了该模糊PID控制算法对移动机器人路径跟踪控制的有效性.     

基于FUZZY-PID的新型数字液压同步控制研究

分析设计了模糊PID控制器用于实现对基于一种新型数字同步阀的液压同步系统的调节控制,并对控制性能进行了仿真。结果表明,控制系统具有良好的跟踪特性和干扰抑制特性,完全能实现高精度同步驱动。     

二自由度机器人轨迹跟踪误差控制优化研究

为了提高2自由度机器人控制系统响应速度,降低其输出误差,设计改进模糊PID控制器,并对2自由度机器人角位移跟踪效果进行仿真验证。给出多连杆机器人的动力学模型,设计模糊PID控制器。利用粒子的迭代搜索原理对模糊PID控制器参数进行优化,从而得到模糊PID控制器参数的最优值,使机器人控制系统具有更好的抗干扰能力。以2自由度机器人为例,利用Matlab软件对机器人角位移和转矩进行仿真,在不同环境中比较优化前和优化后的输出效果。结果显示：采用改进粒子群优化算法优化PID控制器参数,2自由度机器人控制效果明显优于模糊PID控制器。2自由度机器人优化后的模糊PID控制器,不仅响应速度快,而且抗干扰能力强。     

一种欠驱动AUV模型预测路径跟踪控制方法

本文针对欠驱动自主水下航行器(AUV)的约束路径跟踪问题,设计了一种模型预测路径跟踪控制器。首先定义路径参数的二阶导数作为路径虚拟控制律,并将参考路径的模型扩展到AUV路径跟踪预测模型;然后采用非线性模型预测控制设计了欠驱动AUV的约束路径跟踪控制律,通过对约束优化问题的滚动求解,得到满足约束的扩展控制输入。最后采用REMUS AUV的模型参数对提出的控制律进行了仿真研究,结果说明了控制器在显式处理约束的同时,表现出良好的跟踪效果。     

基于模型预测控制的UUV路径跟踪控制研究

水下无人航行器(UUV)的路径跟踪控制是实现UUV多种军、民用途的重要技术基础。针对UUV路径跟踪控制中的欠驱动、非完整约束、模型的非线性,基于非线性连续模型预测控制算法设计了UUV垂直面路径跟踪控制器。建立了垂直面运动模型并基于状态空间模型给出了垂直面预测模型,通过给定性能指标,运用泰勒级数展开与李导数求解出了连续时间状态下的最优控制律,实现了欠驱动UUV路径跟踪控制。通过仿真实验,验证了垂直面路径跟踪控制器设计的有效性。     

基于ARM的研磨抛光机器人运动控制器的设计

本文设计了研磨抛光机器人分布式控制系统中的一种运动控制器，并对运动控制器基于AT91M40800微控制器的硬件结构、基于μC／OS-Ⅱ实时操作系统的软件模块和采用的参数模糊自整定PID机器人关节位置控制策略进行了详细介绍。实验表明该控制器可以大大降低研磨抛光机器人的位置跟踪误差，提禹了关节控制的计算及处理能力，易于扩展和维护。     

基于滑模变结构的轮式机器人双环轨迹跟踪控制

针对轮式机器人轨迹跟踪问题,提出了一种利用滑模变结构算法构建的双环轨迹跟踪控制系统。在基于轮式机器人运动学模型基础上,针对该非线性欠驱动系统采用滑模变结构算法设计了能够保证全局范围内渐近稳定的轨迹跟踪控制器,并构建了双环控制系统。通过内环系统控制角速度,实现对方向角的跟踪;外环控制器得到控制角之后实现对速度的控制,使机器人达到期望位姿状态。文中利用Lyapunov稳定性理论对所设计的闭环系统进行了稳定性分析,并通过仿真进一步验证了该控制系统的有效性。     

一种水下机器人混合模糊P+ID控制方法

针对具有非线性动力学特性的水下机器人的运动控制,提出采用解析式描述的单输入模糊控制器取代常规数字PID控制器中的比例项,并保持原有常规PID控制器的结构和参数不变,得到一种混合模糊P+ID控制方法.研究了水下机器人混合模糊P+ID控制的参数调节方法,并采用小增益定理分析了引入模糊控制后的系统输入输出稳定性.采用水下机器人的非线性动力学模型进行了仿真实验,结果表明提出的混合模糊P+ID控制具有比常规PID控制更好的性能.     

基于干扰观测器的AUV垂直面等效滑模控制

为提高欠驱动自主水下机器人在外部干扰影响下的垂直面定深控制性能,设计一种基于干扰观测器的等效滑模控制器。遵循实际状况简化欠驱动自主水下机器人的垂直面模型,通过简化模型建立其状态方程;构造干扰观测器,基于干扰观测器设计系统的等效滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性。仿真结果表明：当存在外部干扰时,该控制器相比传统的滑模控制器能够更好地实现水下机器人的垂直面定深控制,具备良好的抗干扰性能。     

并联机构的动力学分析及其无模型智能控制

为解决并联机器人高度非线性、强耦合、数学模型复杂的问题,针对交流伺服电机驱动的并联机器人,在模型不确定情况下提出了一种针对2-DOF并联机器人的智能控制方法,设计了一个二输入的模糊控制器,该控制方法不需要前向运动学的求解。通过模糊控制器对PID参数进行实时整定,基于MATLAB进行动态仿真,仿真结果表明:模糊PID在轨迹跟综和带负荷运动的稳定性方面比线性PID具有更好的控制效果,可实现并联机器人的高精度实时控制。     

全方位移动机器人模糊PID控制算法研究

将PID控制对线性定常系统控制的优势和模糊控制对复杂非线性系统的有效控制相结合,设计了一种基于模糊PID控制算法实现全方位移动机器人的定位导航控制。全方位移动机器人采用四个步进电机驱动全向轮行进,控制器采用传感器位置信息反馈和航位推算相结合导航定位方式,利用模糊PID算法实现纠偏;为克服机器人偏航或高速运动时常规PID控制稳定性不足,采用实时跟踪偏差和偏差变化率来修正PID各参数,实现对机器人导航定位控制,并依据机器视觉和光电编码器确定位置。实验结果表明,利用模糊PID进行全方位移动机器人的运动控制,能够提高导航定位精准度。     

机器人欠驱动手爪驱动控制器设计

为了实现欠驱动手爪作为末端执行机构在机器人系统中的应用,针对欠驱动手爪进行驱动控制器设计。针对欠驱动手爪的机械结构设计与驱动控制需求进行了归纳分析,综合采用电力电子、传感器、单片机及CAN总线控制技术进行了驱动控制器系统设计,基于模糊神经网络进行了作用力控制算法设计,设计出了结构紧凑,集检测、驱动、控制及总线传输接口于一体的欠驱动手爪驱动控制器,并将欠驱动手爪与驱动控制器一起集成至工业机器人手臂上进行了实验验证。实践结果表明,驱动控制器集成度高,功能完善,能够实现欠驱动手爪的动作要求,实现了欠驱动手爪在机器人系统中的成功应用,结果证明了设计的正确性与有效性。     

欠驱动AUV路径跟踪反步滑模控制

水平面路径跟踪是自治水下机器人(AUV)的关键技术之一,但是AUV运动方程的非线性、耦合性、水动力参数的时变性以及外部干扰都给AUV的运动控制增加了难度。应用反步法(Backstepping)设计了欠驱动AUV水平面路径跟踪滑模控制器,并利用微分器对未知状态和不确定项进行了估计。分别在静水、海流及水动力参数摄动的环境下进行了仿真,仿真结果表明该控制器的控制效果和鲁棒性都比较好。