Sliding Mode and PI Controllers for Uncertain Flexible Joint Manipulator

This paper is dealing with the problem of tracking control for uncertain flexible joint manipulator robots driven by brushless direct current motor(BDCM). Flexibility of joint in the manipulator constitutes one of the most important sources of uncertainties. In order to achieve high performance, all parts of the manipulator including actuator have been modeled. To cancel the tracking error, a hysteresis current controller and speed controllers have been developed. To evaluate the effectiveness of speed controllers, a comparative study between proportional integral(PI) and sliding mode controllers has been performed. Finally, simulation results carried out in the Matlab simulink environment demonstrate the high precision of sliding mode controller compared with PI controller in the presence of uncertainties of joint flexibility.     

柔性臂漂浮基空间机器人建模与轨迹跟踪控制

利用拉格朗日法和假设模态方法建立了末端柔性的两臂漂浮基空间机器人的非线性动力学方程．通过坐标变换,推导出一种新的以可测关节角为变量的全局动态模型,并在此基础上运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法得到关节相对转角与柔性臂的弹性变形部分解耦形式控制方程．最后,讨论了柔性臂漂浮基空间机器人的轨迹跟踪问题,并通过仿真实例计算,表明该模型转换及控制方法对于柔性臂漂浮基空间机器人末端轨迹跟踪控制的有效性．     

机器人视觉跟踪轨迹的分级规划方法

针对跟踪轨迹规划对于确保得到连续光滑的跟踪运动的重要性,提出了两级视觉跟踪轨迹规划方法。第一阶段在图像平面上规划运动轨迹,在图像平面上得到的离散规划点映射到机器人关节空间。第二阶段在机器人关节空间中用三次样条函数来连接这些离散点。为了满足实时控制的要求,在图像处理过程中采用窗口技术并抽取边缘特征。建立用于跟踪两维平面运动物体(如随运输带运动的物体)的机器人视觉跟踪控制系统。实验结果表明,跟踪误差渐近地减小到允许的数值范围,所提出的跟踪轨迹规划方法是有效的。     

冗余度机器人在关节坏死情况下的轨迹规划

本文在分析比较一些常见的机器人灵活度标准的基础上,提出一种轨迹规划算法,通过提高机器人关节坏死后的灵活度,解决了机器人在关节坏死后由于灵活度过低造成不可控的问题.分别对4 自由度连杆机器人和平面4 自由度宏--微机器人进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果证明了算法的有效性.􀁱􀁽     

挖掘机轨迹跟踪的滑模变结构控制

对液压挖掘机工作装置的轨迹跟踪进行了研究。在分析了液压挖掘机工作装置的动力学方程的基础上,针对其复杂的非线性,提出了一种新的液压挖掘机工作装置轨迹跟踪方法,即应用机器人学理论,建立了三自由度液压挖掘机工作装置的拉格朗日动力学模型,设计了带低通滤波器的滑模控制器,利用低通滤波器的滤除高频信号的功能,消除控制信号的抖动,给出沿规划轨迹工作所需的控制量,并给出了控制系统的设计方法。对三自由度工作装置进行了仿真研究,其结果表明,所设计的控制器对设定轨迹的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性具有较强的鲁棒性,在存在模型误差和外部扰动的情况下,该方案既能达到高精度快速跟踪的目的,又能消除滑模控制的抖动问题。     

移动机器人轨迹跟踪快速终端滑模自抗扰控制

针对移动机器人动力学模型难以精确建立、运动过程中各种干扰对高精度轨迹跟踪造成偏航等问题,构造出一种快速终端滑模自抗扰控制器,实现了高速高精度轨迹跟踪控制目标。首先建立非完整移动机器人的干扰控制模型;然后运用扩张状态观测器实时监测系统未建模动态与各种干扰;同时将扩张状态量和系统反馈量作为快速终端滑模算法的系统变量;最后设计出一种快速终端滑模控制律,代替传统自抗扰算法中的非线性控制律,从而实现位姿的快速精确跟踪。该算法既克服了非线性误差控制律中参数繁杂不易整定的缺陷,又增强了系统鲁棒性和轨迹跟踪的动态品质。对比仿真实验验证了该控制算法的有效性和先进性。     

智能车辆的滑模轨迹跟踪控制

智能车辆是集各种机械装置、传感器、计算机于一体的复杂非线性系统,其轨迹跟踪控制器是研究的关键技术之一。针对高速自主导航智能车辆轨迹跟踪控制器鲁棒性、精确性和实时性的高要求,在智能车辆结构组成与运动模型基础上,设计了一种滑模变结构控制器。通过控制智能车辆的线速度和角速度实现智能车辆对任意路径的跟踪,并用Matlab进行了仿真实验。结果验证了该方法的有效性和可靠性。     

机械手轨迹控制在自适应滑动模下的微机实现

本文针对具有两个回转关节的机械手,实现了自适应滑动模控制方法,试验结果证实了系统的良好跟踪性能和鲁棒性能。     

具有模糊二次补偿的柔性臂滑模控制研究

提一种新双连杆柔性臂机器人位置控制算法,其特点是根据系统的滑模条件是否满足和关节角误差变化趋势对由柔性臂刚性模态求得的滑模控制实行二次模糊修正,以使系统趋于滑模面和误差收敛,通过将模糊修正规则定义为事件该系统便成为典型的离散事件系统,借助自动机和监督控制理论分析了该系统的稳定性,将控制律在包含柔性模态的完整模型上进行计算机仿真证明了算法的有效性。     

Event-Triggered Sliding Mode Control for Trajectory Tracking of Nonlinear Systems

In this paper, an event-triggered sliding mode control approach for trajectory tracking problem of nonlinear input affine system with disturbance has been proposed. A second order robotic manipulator system has been modeled into a general nonlinear input affine system. Initially, the global asymptotic stability is ensured with conventional periodic sampling approach for reference trajectory tracking. Then the proposed approach of event-triggered sliding mode control is discussed which guarantees semi-global uniform ultimate boundedness. The proposed control approach guarantees non-accumulation of control updates ensuring lower bounds on inter-event triggering instants avoiding Zeno behavior in presence of the disturbance. The system shows better performance in terms of reduced control updates, ensures system stability which further guarantees optimization of resource usage and cost. The simulation results are provided for validation of proposed methodology for tracking problem by a robotic manipulator. The number of aperiodic control updates is found to be approximately 44% and 61% in the presence of constant and time-varying disturbances respectively.     

Adaptive Trajectory Tracking Control for Nonholonomic Wheeled Mobile Robots:A Barrier Function Sliding Mode Approach

The trajectory tracking control performance of nonholonomic wheeled mobile robots(NWMRs) is subject to nonholonomic constraints, system uncertainties, and external disturbances. This paper proposes a barrier function-based adaptive sliding mode control(BFASMC) method to provide high-precision, fast-response performance and robustness for NWMRs.Compared with the conventional adaptive sliding mode control,the proposed control strategy can guarantee that the sliding mode variables converge to a pre...     

机械臂卷积神经网络滑模轨迹跟踪控制

针对工业技术的发展对于多关节机械臂的精度与快速控制高要求,提出了一种机械臂卷积神经网络滑模轨迹跟踪控制方法。分析机械臂动力学方程,提取其中的不确定部分,针对不确定部分,构建深度卷积神经网络对其进行补偿,将补偿部分引入到滑模控制律中,通过改进后的滑模控制实现对机械臂轨迹跟踪的精确控制,并通过构建Lyapunov函数论证了系统的稳定性。仿真结果显示该方法能够满足轨迹跟踪要求,且减小了抖振现象。通过与其余三种典型控制方法的对比,测试结果表明,该方法加快了轨迹跟踪误差的收敛,且跟踪精度有了明显的提高。     

滑模控制及其在柔性臂轨迹控制中的应用

变结构控制系统是一类特殊的非线性控制系统,滑模控制就是其中一种。滑模控制对系统参数及扰动的变化反应迟钝,具有很强的鲁棒性,该类控制方法特别适合于机械臂系统的控制。本文中采用奇异摄动方法将双连杆柔性机械臂系统分解为慢变和快变两个子系统,并对慢变子系统采用滑模控制方法设计了控制器。采用MATLAB进行的数值仿真结果表明了所设计控制器的有效性;     

Trajectory Tracking with Parallel Robots Using Low Chattering,Fuzzy Sliding Mode Controller

This paper proposes a trajectory tracking scheme which belongs to the sliding mode control (SMC) for the 4-degree-of-freedom (DOF) parallel robots. Two fuzzy logic systems (FLS) are first put forward to replace the constant switching control gain and the width of the boundary layer. The fuzzy adaptive supervisory controller (FASC) is combined with the fuzzy sliding mode control (FSMC) to further reduce the chattering. The design is simple and less fuzzy rules are required. The simulation results demonstrate that the chattering of the SMC is reduced greatly and the parallel robot realizes the trajectory tracking with very good robustness to the parameter uncertainties and external disturbances.     

基于滑模预测控制的海底采矿车轨迹跟踪算法

海底采矿车多工作于稀软底质,其面临的外部扰动较大,难以快速收敛跟踪误差,精准地跟踪预设轨迹。为此,本文提出了一种海底采矿车的滑模预测控制（sliding model predictive control,SMPC）轨迹跟踪算法。基于海底采矿车的运动学模型,首先设计滑模控制率实现轨迹跟踪误差快速收敛,其次利用少预测时域的线性时变模型预测控制算法（linear time varying model predictive control,LTV-MPC）优化该滑模控制率。而后,通过证明滑模控制率收敛和模型预测控制稳定,保证了闭环控制系统的稳定性。RecurDyn&Simulink联合仿真结果表明,与单一的滑模控制（sliding mode control,SMC）和线性时变模型预测控制算法相比,所提出的SMPC轨迹跟踪算法提高了轨迹跟踪精度,且算法具有较好的实时性。     

面向机械臂轨迹规划的强化学习奖励函数设计

针对基于深度强化学习的机械臂轨迹规划方法学习效率较低,规划策略鲁棒性差的问题,提出了一种基于语音奖励函数的机械臂轨迹规划方法,利用语音定义规划任务的不同状态,并采用马尔科夫链对状态进行建模,为轨迹规划提供全局指导,降低深度强化学习优化的盲目性。提出的方法结合了基于语音的全局信息和基于相对距离的局部信息来设计奖励函数,在每个状态根据相对距离与语音指导的契合程度对机械臂进行奖励或惩罚。实验证明,设计的奖励函数能够有效地提升基于深度强化学习的机械臂轨迹规划的鲁棒性和收敛速度。     

一种球形机器人运动轨迹规划与控制

阐述一种非完整欠驱动系统的控制设计和运动规划策略 ,研制出一种全新的全方位行走机器人 ,由于其具有特殊的灵活性 ,可应用于各种不同的场合 .     

力矩输入有界的柔性关节机器人轨迹跟踪控制

为解决柔性关节机器人在关节驱动力矩输出受限情况下的轨迹跟踪控制问题,提出一种基于奇异摄动理论的有界控制器.首先,利用奇异摄动理论将柔性关节机器人动力学模型解耦成快、慢两个子系统.然后,引入一类平滑饱和函数和径向基函数神经网络非线性逼近手段,依据反步策略设计了针对慢子系统的有界控制器.在快子系统的有界控制器设计中,通过关节弹性力矩跟踪误差的滤波处理加速系统的收敛.同时,在快、慢子系统控制器中均采用模糊逻辑实现控制参数的在线动态自调整.此外,结合李雅普诺夫稳定理论给出了严格的系统稳定性证明.最后,通过仿真对比实验验证了所提出控制方法的有效性和优越性.     

具有力矩传感器的柔性关节的振动抑制

针对具有谐波减速器的柔性关节机器人容易产生振动的问题,设计了一种轮辐式力矩传感器,该力矩传感器安装于谐波减速器输出端和机器人臂杆之间,用于反馈机械臂反作用于关节的扭转力矩,从而能够直接获得关节的振动状态信息.基于该力矩传感器信息和计算的关节名义输出力矩,提出了一种新的振动抑制方法,在传统力矩负反馈PD控制器基础上通过增...