一种球形滚动机器人纵向运动的控制策略研究

针对一种球形滚动机器人纵向运动的位置控制问题,提出一种基于有限时间滑模干扰观测器和双幂次组合函数趋近律的解耦滑模控制策略。所提出的控制策略不仅可以保证球形机器人的滚动性能,并且能够保持解耦滑模控制律的连续性。设计有限时间滑模干扰观测器对复合不确定性进行在线估计,并在此基础上得出机器人系统平衡摆角的估计。基于所得平衡摆角的估计,分别定义系统的各级滑模变量。借助所设计的有限时间滑模干扰观测器,基于第二级滑模变量和双幂次组合函数趋近律构造解耦滑模控制律。从理论上证明了所提出的控制策略能够确保各级滑模变量收敛至0,仿真实验结果验证了所提出的控制策略的控制性能和鲁棒性。     

永磁同步电机滑模调速系统新型趋近律控制

为了提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor)的控制性能,解决传统趋近律中存在的抖振和响应速度慢等问题,提出一种新型滑模趋近律。该趋近律是在双幂次趋近律的基础上,加入变指数趋近律,提高了系统的响应速度,同时引入系统的状态变量,抑制了变指数部分在接近滑模面时的抖振。通过理论证明了该趋近律具有存在性、可达性和稳定性。并与双幂次趋近律进行了性能控制比较,结果显示新型趋近律具有更快的收敛速度和控制性能。基于该滑模趋近律设计了永磁同步电机滑模控制器,并与传统的PI控制器做仿真比较。仿真和实验结果显示,采用新型趋近律的滑模控制器系统具有更强的鲁棒性和更快的收敛速度,在抑制系统抖振方面具有更优的能力,结果验证了所提出方法的有效性。     

基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制北大核心

针对永磁同步电机调速系统存在抖振和响应速度慢的问题,采用滑模变结构控制方法设计速度环控制器。将传统线性滑模面改进为非奇异终端滑模面,以提高系统在滑模面上的趋近速度。提出一种新型趋近律,在双幂次趋近律的基础上引入切换函数,使用终端吸引子,并且增加指数项来提高趋近速度,更好地减少系统抖振并改善了系统收敛特性。将此控制算法与双幂次趋近律对比,仿真结果表明:该方法可以更有效地抑制系统抖振和提高系统的收敛速度,也能更快速、准确地跟踪给定的速度信号。     

六腿滚动式奔跑机器人的建模与跟踪控制

针对欠驱动非完整约束六腿滚动式奔跑机器人,进行动力学建模与跟踪控制器设计。根据机器人的结构特点,采用拉格朗日法在俯仰和横滚2个方向上分别建立动力学模型,把动力学模型转化为规范形;以驱动电机力矩作为控制输入,为提高轨迹跟踪控制精度,在俯仰方向上基于HJI理论设计滑模鲁棒控制器。在横滚方向上,为提高系统的鲁棒性,设计反步滑模控制器,并利用Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性;通过MATLAB进行仿真实验。结果表明：所提方法具有可行性。     

泵控电液伺服系统滑模反步控制设计及其AMESim仿真

为了提高大负载输出泵控电液伺服系统滑模控制方法对非匹配干扰的影响,采用反步法对系统非匹配干扰进行补偿,通过光滑连续一阶可导滑模技术来消除滑模与反步控制的冲突,并通过联合仿真验证滑模反步控制设计的准确性。研究结果表明:滑模反步控制器结果最接近参考信号,误差最小,表现出最优的稳定性。滑模反步控制器输出电流最小,波动效果最低,证明所设计的光滑连续滑模控制律有效地抑制了输出抖动。滑模反步控制器获得了比反步控制器和PID控制器更小的I_(MSE)和I_(APE),表明在控制器输出强度较低的条件下,利用滑模反步控制器达到了优于PID控制器与反步控制器的控制性能。滑模反步控制器则同时拥有反步控制与滑模控制的优点,不需建立精确模型也能够达到较好的控制性能。     

一种新的机器人滑模变结构控制

在分析常用的滑模变结构控制的趋近律的基础上,提出了一种新的双幂次趋近律,并应用于机器人的轨迹跟踪控制.仿真实验证明了该方法不仅能够保证趋近运动的快速性,而且极大地削弱了抖振,提高了机器人的抗外界干扰能力.通过与幂次趋近律相比较,该方法能使系统获得更好的动态品质.     

改进双幂次指数趋近律的滑模控制设计

针对目前系统抖振仍影响滑模趋近律在实际中应用,并导致系统收敛速度缓慢、滑模平面趋近至原点时间长等缺陷,提出一种改进的双幂次指数趋近律。改进趋近律中指数项采用分段设计,指数项分段参数将系统分为两部分进行。当状态绝对值小于1时,系统沿滑模面平滑进入,抖振影响可忽略不计;当状态绝对值大于等于1时,系统的动态响应显著提高,收敛时间缩短,且总时间小于初始状态运动至临界值时间和系统运动至滑模面平衡点的时间之和。在理论上验证了改进后的双幂次指数趋近律能够快速收敛到平衡点且消除了抖振影响,并通过实验验证了该趋近律的有效性。对比多种趋近律,改进的双幂次指数趋近律具有最佳性能且收敛速度最快,并通过实验验证在外界干扰下该趋近律仍可快速收敛于平衡点。     

搬运机械手模糊滑模增益跟踪控制北大核心

针对非线性机器人系统中未建模动力学以及未知扰动的问题,提出了一种抗干扰的自适应模糊增益滑模控制策略。首先根据D-H坐标法建立机械臂的运动学、动力学模型;再次,引入Mamdani模糊规则和自适应律逼近理论,通过对Lyapunov函数的设计,建立滑模控制律,选取机械臂整体动力学模型为研究对象,引入干扰并进行仿真分析;最后,通过对鲁棒滑模控制、自适应滑模鲁棒控制、自适应模糊增益滑模控制策略进行比较,验证本文所提方法的有效性。     

仿人智能与滑模控制相融合的液压无模型控制

针对电液伺服位置系统是一个多变量、强耦合、非线性控制系统,考虑到现有基于模型的控制方法对系统动力学模型的依赖性,以及未建模动态对系统控制性能的影响,设计了一种仿人智能控制与滑模控制相融合的液压系统无模型控制。为了提高系统的响应速度和稳态精度,将仿人智能控制的偏差与偏差变化率的乘积融入到滑模控制,设计一种全新的滑模函数,与无模型控制器结合,提出改进的无模型控制器。在相同条件下,通过无模型自适应控制、无模型自适应滑模控制与所提出的仿人智能控制与滑模控制相融合无模型控制进行仿真比较,结果表明,所设计的控制器收敛快,稳态误差小,且提高对扰动和模型变化的适应性。     

数控机床用磁悬浮系统非线性动态积分滑模变结构控制

为了实现龙门数控加工中心磁悬浮系统悬浮高度的精确控制,并考虑到刀具切削工件过程中磁悬浮系统所受到扰动对悬浮高度的影响,针对被控对象的非线性磁悬浮模型,选择新的状态变量,通过状态变量之间的相互变换,将不规则的非线性磁悬浮模型转换成规则的仿射非线性的磁悬浮模型;针对该非线性模型设计了控制悬浮高度的非线性动态积分滑模控制器。在选取切换面时,考虑系统状态、输入、输入的一阶(或高阶)导数及其积分项,这使得趋近律中不连续项的影响有所转移,从而有效降低了滑模控制器抖振的发生;另外由于在滑模切换函数中加入了积分环节并且是对非线性被控对象直接进行控制,消除了滑模控制的稳态误差和系统模型的误差。仿真研究结果表明:所设计的动态积分滑模控制器比传统的滑模控制器更好地实现了系统的稳定悬浮,具有很强的抗扰性并能够使系统具有较高刚度。     

基于前馈和滑模复合结构的飞行器电动舵机控制

针对飞行器电动舵机伺服系统的控制问题,提出了一种能够有效抑制传动机构非线性摩擦的控制方法,该方法由前馈补偿器、基于LQR的PID反馈控制器以及滑模控制器构成。前馈控制能够提高系统响应的快速性,PID反馈控制提高系统的抗干扰能力,针对非线性摩擦设计的滑模控制律,用来削弱非线性摩擦对舵机伺服的影响。在分析电动舵机伺服系统构成的基础上,给出了非线性摩擦的Stribeck模型;建立了系统数学模型,在此基础上分析得出前馈补偿器的结构和参数;引入参考给定量,建立基于误差的状态控制方程,设计了基于LQR的PID控制器以及抑制非线性摩擦扰动的滑模控制律。分别对含有滑模控制器和不含滑模控制器的控制方法进行了仿真实验,实验结果表明:含有滑模控制器的控制方法能够有效抑制非线性摩擦引起的速度抖动问题以及位置"平顶"现象。     

基于SSA的关节电机无模型自适应滑模控制北大核心

针对永磁同步电机驱动的外骨骼关节伺服系统跟踪精度低、易受参数摄动、外部扰动等不确定因素影响的问题,提出了基于SSA的无模型自适应终端滑模位置控制方法。首先,建立关节电机新型超局部模型,改进指数趋近律引入终端滑模面对系统位置-转速环进行控制;其次,引入自适应律对新型超局部模型中不确定参数部分进行估计,并利用Lyapunov稳定性定理证明该控制方法的可行性;最后,与PD控制以及传统滑模控制进行仿真对比实验,结果表明所提方法加强了系统鲁棒性和抗干扰能力,提高了系统动态和稳态性能。     

DRNN-PID趋近律的在线丢包补偿伺服电机NCS滑模控制

考虑存在马尔科夫时延和随机丢包的多包传输直流伺服电机网络控制系统(networded control system,NCS),文章设计了一种基于组合核函数最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LS-SVM)丢包在线预估的对角回归神经网络(Diagonal Recurrent Neural Network,DRNN)PID趋近律滑模控制器。首先,利用无时延等价变换与滑动窗口组合核函数LS-SVM丢包在线预估建立了系统时延补偿模型;其次,通过DRNN非线性映射实现对PID趋近律参数的在线调整,并分析了此种滑模控制器的稳定性;最后利用Truetime对进行仿真,结果表明组合核函数LS-SVM预估策略可以提升丢包补偿的精度,提出的DRNN参数自适应调整PID趋近律滑模控制能够在较快响应速度的条件下减小系统抖振,提升了控制效果。     

基于改进滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机无传感器控制中传统滑模观测器(SMO)在估计转子转速和转子位置时存在严重的抖振现象,提出一种改进的滑模观测器控制系统.采用积分滑模面代替传统的滑模面,以提高电流误差值收敛到零的速度,增强系统的抗干扰能力;采用边界层可变的分段幂函数代替传统的符号函数,并引入随系统自适应变化的滑模增益,结合双幂次趋近律设计...     

飞机舵机电动负载模拟器非线性干扰补偿控制

针对飞机舵机电动负载模拟器存在多余力矩、摩擦及外部扰动等非线性干扰问题,重建飞机舵机电动负载模拟器数学模型,提出一种基于非线性干扰观测器的新趋近律滑模补偿控制。一方面,建立基于LuGre模型的摩擦观测器,通过反演法设计滑模控制器以补偿摩擦干扰、抑制多余力矩,同时设计新趋近律以减轻滑模抖振、缩短收敛时间;另一方面,设计非线性干扰观测器对外部扰动进行实时观测,以达到控制补偿目的。仿真实验发现,在20 Hz条件下,系统力矩输出幅值差为0.2%,相位差为0.04%,表明所设计控制器能够抑制多余力矩、减轻摩擦及外部扰动影响,有效提高系统跟踪精度。     

永磁环形力矩电机的离散二阶滑模控制

针对高精度五轴联动数控机床中主轴头复合A／C轴直接驱动永磁环形力矩电机伺服系统易受负载扰动和参数变化影响的特点,采用离散二阶滑模设计了位置控制器。控制律采用二阶滑模预设收敛律算法,二阶滑模将不连续控制作用于变量的高阶微分上,理论上可消除抖振。理论分析与仿真结果表明,所采用的控制策略使伺服系统具有很强的位置跟踪性能,而且对负载干扰和参数变化等不确定性具有很强的鲁棒性,同时削弱了抖振。     

串联型机械臂的自适应鲁棒容错控制研究

针对串联型机械臂关节空间内的轨迹跟踪控制,提出了一种自适应鲁棒容错控制方法。在机械臂动力学模型中加入了外界干扰、关节摩擦与故障模型,并将其等价成二阶被控系统。在此基础上,结合非奇异快速终端滑模面和反步法控制策略,设计一种新型的反步非奇异快速终端滑模控制器。通过李亚普诺夫准则验证了控制策略的全局渐近稳定性;引入自适应技术估计系统不确定性的上界,提高控制器的鲁棒性。以二自由度机械臂为被控对象,对所设计控制器的有效性进行了验证,结果表明:与传统的非奇异快速终端滑模控制器及反步非奇异快速终端滑模控制器相比,该控制器具有响应速度快、鲁棒性强、抖振小的优点,能有效应对系统故障和实现机械臂的高精度轨迹跟踪控制。     

重型液压机执行器自适应滑模容错控制

为了提高重型液压机在执行器故障情况下的容错控制能力和控制精度,设计了自适应滑模容错控制器。建立了5缸液压机的滑块动力学模型和液压缸压力动态方程。使用积分滑模控制设计了3个子系统虚拟控制律;使用伪逆法实现了控制分配;在执行器故障情况下,在积分滑模控制基础上,提出了自适应补偿策略,从而给出了执行器故障情况下可以实现的虚拟控制律;使用分散滑模控制将虚拟控制律转化为伺服阀控制律,并证明了自适应滑模容错控制器具有Lyapunov意义下的稳定性。经仿真验证,在单个执行器故障或多个执行器故障的情况下,自适应滑模容错控制器能够将调平误差控制在2×10^-4rad内,位移跟踪误差最大为0.0111 m,体现了执行器故障情况下极高的调平和跟踪精度,也体现了自适应滑模容错控制器具有很好的鲁棒性。     

一种永磁同步电机模型失配容错控制算法

针对高精度永磁同步电机驱动系统因转动惯量、摩擦系数与磁链参数失配造成其控制精度和稳定性降低的问题,提出了一种基于有限时间收敛扩张状态观测器的无模型滑模容错控制方法。首先,建立了考虑内外不确定性的永磁同步电机转速环超局部模型,并设计了无模型全局积分终端滑模控制器;其次,设计了有限时间收敛扩张状态观测器来降低模型失配带来的影响;最后,通过与其他方法的仿真和实验对比,验证了所提方法能够在不获取精确模型的情况下实现了对多种模型失配与外部扰动工况的容错控制,并提高了电机的控制精度。     

立方体机器人自适应滑模容错控制系统设计

立方体机器人具有多变量、欠驱动和非线性等复杂特点,针对其难以建立精确模型以及故障情况下系统稳定性的问题,设计并实现了一种基于自适应滑模容错策略的立方体机器人控制系统。首先,建立了所搭建的立方体机器人的动力学模型和故障模型;其次,利用滑模控制在滑动阶段对系统参数摄动的不变性和自适应律对系统广义误差的补偿,实现了系统的容错功能;同时,为了有效的抑制滑模控制中固有的抖振问题,提出了一种基于指数趋近律和幂次趋近律的组合趋近律;基于方法证明了所设计自适应滑模容错控制系统的大范围渐近稳定性。仿真和实测实验结果验证了所设计容错策略在立方体机器人的姿态控制中,具有较强的容错能力及较高的控制精度。