永磁同步电机位置伺服系统滑模控制的研究

为提高永磁同步电机伺服系统的鲁棒性和快速性,本文引入了滑模变结构控制策略。本文针对传统滑模控制应用于伺服系统存在的实际问题,设计了一种新型的滑模控制器,可靠地实现了伺服控制。设计新的滑模面,保证位置和速度分别进行滑模控制,实现了位置跟踪和速度控制,同时提高了系统的快速性。仿真和实验均证明了文中所设计的滑模控制方案的可行性和优越性。     

冗余自由度机械臂的逆运动学控制、建模与仿真

本文以一个仿混凝土泵车臂架的冗余自由度机械臂为研究对象,考虑到泵车臂架在实际应用中的多种约束因素,研究并实现了一种基于广义逆矩阵求解和梯度投影优化的冗余自由度机械臂逆运动学求解算法.在Solidwork(R)环境下建立了冗余自由度机械臂的三维仿真模型,并利用MATLAB(R)和VRML(R)工具对机械臂模型进行了运动学仿真分析.仿真结果表明,该运动控制算法能够实现冗余自由度机械臂末端对任意指定轨迹的柔顺跟踪控制,各个关节运动协调、平滑.本文的相关研究成果可以应用于混凝土泵车多关节臂架的运动控制.     

基于联合仿真的机械臂控制系统协同优化研究

本文针对串联六自由度机械臂,在分析该型机械臂构型及运动学问题的基础上,提出了一种该型机械臂的逆运动学解析算法。利用上述逆运动学求解方法,对机械臂各关节进行了工作轨迹规划。基于机械臂的SimulinkADAMS联合仿真模型,对优化后的大臂杆关节控制参数进行协同优化,实现机械臂控制系统与机械构型的协同优化。对比协同优化前后的机器人系统实现相同工作路径时末端位置的误差,验证控制系统协同仿真优化方法对机器人重复定位精度提高的有效性。     

一种采用雅克比转置技术的带反馈的障碍物躲避方案

障碍物躲避是机械臂的冗余度解析研究中基础问题之一,其关系到冗余机械臂能否成功完成给定的末端任务。为实现障碍物躲避的目的,提出和研究1种采用雅克比转置技术的冗余度解析方案。同时,为了保证跟踪误差的精度,将反馈也引入到该障碍物躲避方案中。基于PA10机械臂且带有点状障碍物和窗型障碍物的对比性的计算机仿真结果进一步表明所提出的障碍物躲避方案的有效性和可行性。     

基于混沌云鱼群算法优化航空发动机自适应PID控制

针对传统鱼群算法存在陷入局部最优、后期收敛速度慢和寻优精度较低等问题,提出了一种混沌云鱼群算法(cloud adaptive artificial fish swarm algorithm based on coupled chaotic map,CCAFSA)。采用云自适应视野范围和可变步长提高收敛速度和寻优精度,利用混沌运动遍历性的特征,增加初始鱼群的多样性,防止陷入局部极值;针对航空发动机控制系统,基于CCAFSA设计了一种参数在线自适应PID控制器。仿真结果表明,相比于传统PID控制,基于CCAFSA设计的自适应PID控制器能实现参数在线优化,快速有效地跟踪指令信号,增强发动机系统的动静态性能和鲁棒性。     

基于有限时间滤波控制的电机驱动系统结构/控制一体化设计

针对电机驱动系统进行了基于有限时间控制器的结构/控制一体化设计.针对电机驱动系统跟踪控制问题,采用有限时间收敛方法设计了跟踪控制器.考虑系统状态信息不可测的情况,设计了有限时间滤波控制器,在估计系统速度信息的同时实现了有限时间跟踪控制.为进一步提升系统控制性能,考虑结构与控制之间存在的耦合问题,对电机驱动系统进行结构/控制一体化设计.首先针对电机驱动系统设计了同时考虑结构优化和控制器优化的一体化性能指标.所设计一体化性能指标能够在满足控制性能要求的同时,得到所能驱动的最大负载.同时优化系统的结构参数与控制器参数能够使控制系统达到全局最优,从而取得良好的控制效果.随后,采用嵌套优化策略对电机驱动系统的一体化设计问题进行简化,采用自适应步长的布谷鸟搜索算法对控制器参数优化问题进行求解,得到了一体化最优解.通过数值仿真验证了所提方法的有效性.     

基于安全性考虑的五自由度外骨骼式上肢康复机器人自适应控制

针对一类具有特殊安全性要求的五自由度外骨骼上肢康复机器人,研究了一种自适应控制策略。该机器人协助患者的肩、肘、腕关节进行关节运动,以达到上肢运动功能康复的目的,因此,在整个康复训练中如何保证患者安全是机器人控制策略的重点。为确保良好的跟踪性能,所提出的控制策略具有在模型不确定条件下的鲁棒性;为进一步提高系统在大参数变化以及执行器故障时的安全性能,提出了一种在线更新的自适应控制器。该控制器仅需要进行位置测量实现输出信息反馈,而速度和加速度通过观测器估计得到,不需要依靠其他传感器信息。设计了一个参数可调和有界误差的轨迹跟踪实验,仿真结果验证了本控制方案的有效性。     

机械臂轨迹跟踪控制

将Udwadia-Kalaba力学分析理论应用到机械臂轨迹跟踪控制中,并利用MATLAB针对平面二自由度机械臂进行仿真实验,根据实验结果验证该理论在机械臂控制中可行性。     

基于梯度投影法的泵送臂架末端运动轨迹控制研究

针对现有混凝土泵车臂架末端运行轨迹控制精度低的问题,从运动学的角度研究臂架末端轨迹规划算法,实现其高精度运动轨迹控制。基于描述机器人机械臂各连杆之间位移关系的D-H法,推导出描述相邻两臂架在直角坐标系中空间位置关系的4×4齐次变换矩阵,然后通过矩阵计算得到臂架末端相对基坐标系的位姿,最终建立了36 m五节臂混凝土泵车臂架正向运动学方程。通过雅可比矩阵将臂架末端运动速度与臂架关节角运动速度通过线性方程组联立,在臂架自运动项基础上,经添加臂关节极限函数,得到加权后梯度投影公式,进而建立臂架末端位置实时闭环反馈系统,提高臂架运行精度。矩形浇注运动轨迹仿真结果表明,臂架在整个浇注过程中振动冲击小、工作过程平稳连续,臂架末端在x、y、z轴方向运动误差均未超过15 mm,满足了工程实际应用。     

微小型水下潜航器的底层控制技术

通过对微小型水下潜航器的建模,针对微小型水下潜航器自动定向、自动定深和定高,以及速度在内的一些参数提出了改进控制结构和底层控制的方法。针对自动定深、定高、定位等水平面控制,改进串级双闭环控制结构,提高了控制的响应速度和调节精度。通过传统PID控制、利用粒子群算法(PSO)进行参数优化的改进PID控制以及模糊控制3种控制方法,分析微小型水下无人潜航器在底层控制方面的优劣。仿真对比发现,粒子群优化的PID(PSO-PID)算法的控制效果在速度控制方面明显强于普通PID算法,但由于微小型水下潜航器数学模型的不确定性,在位置控制方面弱于模糊控制器,证明了所提出的方法具有快速动态响应特性,并具有一定的鲁棒性,拥有较高的控制性能。