基于质心偏移的移动机器人轨迹跟踪控制

针对非完整约束下质心偏移的移动机器人,提出了一种改进滑模变结构的轨迹跟踪控制方法,并通过此方法得到一种具有全局渐近稳定性的跟踪控制器。以三轮移动机器人的运动模型为基础,该跟踪控制器的设计分为两部分:第一部分是采用X方向和前向角方向同时具有虚拟反馈变量,通过Lyapunov方法对控制系统进行稳定性分析,设计出切换函数;第二部分是滑模控制器设计,采用指数趋近律,使用S型指数函数代替符号函数,减少了滑模变结构控制的抖动,由此设计出了线速度和角速度的控制律,用来渐近整定移动机器人跟踪误差,实现了对参考轨迹的全局渐近跟踪。实验结果表明:该控制律能够在极短时间内趋于稳定,其跟踪平面坐标误差和前向角误差也能在极短时间内收敛于0,并且移动机器人也能够有效地跟踪期望轨迹,其控制效果具有明显的改善,且具有很好的抗干扰性能。     

双轮差速移动机器人轨迹跟踪混合控制算法研究

针对双轮差速移动机器人轨迹跟踪问题,提出一种基于前馈运动学和带有干扰观测器的解耦动力学的混合控制算法。首先,对双轮差速移动机器人的运动学、动力学以及位姿误差进行数学建模。其次,为保证移动机器人轨迹跟踪的快速收敛,采用前馈控制并结合位姿误差设计出运动学控制器;为保证移动机器人在速度上的跟踪性能,采用前馈解耦补偿器,加入干扰观测器,运用具有积分链式结构的微分器,设计出动力学控制器;将动力学控制器加入到运动学控制器中,设计了前馈运动学和带有干扰观测器的解耦动力学的混合控制器,并用Lyapunov函数直接法证明了系统的收敛性和稳定性。最后,通过仿真和样机验证,机器人稳定运行时左右摆差可达±9mm,证明了该混合控制算法的有效性和可行性。     

一种领航-跟随型多移动机器人编队控制方法

针对多移动机器人的路径规划、编队成形与编队保持问题,本文提出了一种集路径规划和轨迹跟踪于一体的领航-跟随型编队控制方法。将改进型人工势场法引入领航机器人的在线局部路径规划中,有效解决了领航-跟随型编队运动中的无碰撞路径规划问题;采用滑模运动控制方法,设计了一种自主调节移动机器人线速度和角速度的轨迹跟踪控制器,解决了跟随机器人实时追踪预定轨迹的实时控制问题。这种综合路径规划和轨迹跟踪的一体化多机编队控制方法,有助于解决多无人系统编队、多机协作搬运等复杂作业任务。     

基于三阶反馈控制器的永磁同步电动机控制方法

为提高永磁同步电动机的角速度控制准确度,设计三阶反馈控制器对其进行控制。分析永磁同步电动机的结构特征以及磁场的回路特征。利用永磁同步电机的转动角速度,得出其运动模型。基于定子电感和电阻,求取绕组为对称状态下转子的状态方程。将电机的角位置引入到该状态方程中,得出永磁同步电动机的全阶数学模型。以此全阶数学模型为基础,计算出永磁同步电动机角位置的三阶模型。构造三阶反馈控制器,通过目标角位置求取电机的输入电压,以控制其角速度。采用滑模观测器与所设计的方法对目标角位置和角速度进行跟踪测试。结果表明:该方法的跟踪效果优于滑模观测器,能够更准确地跟踪目标角位置和角速度,可对永磁同步电动机的角速度进行准确控制。     

采用逆神经网络模型的移动机器人速度控制回路研究

针对移动机器人运动轨迹容易受到不确定外界因素干扰的问题,采用逆神经网络模型设计移动机器人控制系统。分别采用逆神经网络控制器和传统PI控制器模型对两轮差动移动机器人运动速度和角速度进行跟踪控制。传统PI控制器模型使用了近似于线性的等效负载驱动器,而逆神经网络控制器使用前馈多层感知神经网络模型,该模型结合了其运动学和动力学的数学模型,在特定工作区域内,对逆神经网络模型进行离散训练。在平面内,对移动机器人的速度跟踪控制进行仿真。结果表明:采用PI控制器模型,移动机器人车轮运动速度和角速度与理论值存在较大误差,而采用逆神经网络模型时误差较小。采用逆神经网络模型设计移动机器人速度控制回路,可以提高移动机器人运动性能,更好地适应外界环境的变化。     

滑模控制在并联机器人轨迹跟踪中的应用

建立了平面二自由度冗余驱动并联机器人的动力学模型,为进行动力学控制奠定了基础.考虑到并联机器人的非线性不确定性,结合滑模控制对参数变化和系统未建模部分的不敏感性,设计了滑模控制器并进行了稳定性分析.由于滑模控制具有抖振问题,进而设计了准滑模控制器以减少抖振.在充分利用滑模控制鲁棒性较强的基础上,利用准滑模控制减少了抖振对伺服电机和机械臂的损坏.利用MATLAB 7.0对系统进行了轨迹跟踪仿真研究.仿真结果表明,即使在存在初始位置误差的情况下,滑模控制仍能较好地完成轨迹跟踪,准滑模控制能有效减少系统的抖振.     

基于跟踪微分器的移动机器人轨迹规划与跟踪控制研究北大核心

针对移动机器人的轨迹规划和轨迹跟踪控制问题,提出一种加速度和速度约束情况下,通过贝塞尔曲线拟合参考轨迹,再利用跟踪微分器规划平滑速度的轨迹规划新方法;基于Backstepping方法,建立机器人位姿误差方程并进行控制器的设计,同时分析了控制参数对轨迹跟踪性能的影响;将轨迹规划方法和控制算法结合,并在仿真平台和移动机器人实物平台上进行实验验证。实验结果验证了轨迹规划算法和控制器的可靠性及有效性,相比于未进行速度规划、速度不连续和滑模控制等方法,提出的方法控制平稳且有效减少了位姿误差。     

3-RRR平面并联机器人神经网络滑模控制研究

针对具有强耦合和高非线性并联机器人的轨迹跟踪控制研究,设计了一种基于神经网络滑模控制器的控制系统。在传统滑模控制的基础上,利用神经网络算法实时修正系统非线性项和不确定参数的功能,有效抑制了SMC系统的抖振现象。建立了3-RRR平面并联机器人的结构简图和Matlab模型,并采用闭环矢量法得到了机器人的运动学反解,为控制系统提供了参考输入。基于机器人的简化动力学方程,设计了一种RBF神经网络滑模控制器,并构造Lyapunov函数证明控制器的稳定性。分别采用传统滑模和神经网络滑模控制方式对机器人的轨迹跟踪进行仿真分析。仿真结果表明:神经网络滑模控制器具有更好的轨迹跟踪精度和较小的稳态误差,验证了神经网络SMC控制器的有效性。     

基于黎卡提微分方程的移动机器人运动误差控制研究

针对移动机器人追踪误差较大、输入扭矩较大的问题,设计了黎卡提微分控制器,并对控制效果进行仿真验证。创建了轮式移动协同机器人,推导机器人运动动力学方程式,引用黎卡提微分方程式,设计出状态依赖性的黎卡提微分控制器。在非完整约束下,推导出机器人状态相关系数参数化和控制结构,实现了黎卡提微分控制器下的移动机械臂运动的稳定性。采用MATLAB软件对移动机器人运动输出误差和输入转矩进行仿真,结果显示:该方法解决了机器人非完整约束系统的不稳定性问题,其输出最大误差下降了42.4%,输入转矩响应时间缩短了50%。采用黎卡提微分控制器,能够提高机器人追踪输出精度和运动稳定性。研究结果为深入研究机器人控制方法提供了理论依据。     

动态滑模控制在移动机器人输出控制中的应用

针对轮式移动机器人的输出控制问题，提出了一种利用动态滑模控制解决输出控制的方法。首先给出机器人的动力学简化模型，然后求出其输出控制的动态滑模控制器。在仿真试验中，根据机器人的运动路径，可由动态滑模控制器得出机器人相应的电机输出力矩，并控制其沿预定路径运动。     

基于移动焊接机器人动力学的焊缝轨迹跟踪控制

焊缝跟踪的高精度要求使得跟踪系统动力学问题愈加突出.建立了移动焊接机器人具有非完整力学系统形式的动力学模型,并设计了基于移动焊接机器人动力学和十字滑块协调控制的滑模变结构控制器,考虑了焊接机器人的惯性、电机动力学、工件表面不平度等因素对跟踪精度的影响.理论分析和系统仿真证明了动力学模型和滑模变结构控制算法在焊缝轨迹跟踪中的正确性和有效性.为智能控制方法在移动焊接机器人中离线编程、仿真和动态控制奠定了重要基础.     

基于扩展观测器的永磁同步电机快速积分终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态性能，使用滑模控制的PMSM控制系统的非线性速度控制算法。提出一种新的快速积分终端滑模面(FITSMC),以提高传统积分终端滑模控制在速度误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度。针对高切换增益引起的大抖动现象，提出一种改进的抗干扰滑模速度控制器，该方法引入扩展状态观测器观测集中扰动，并在FITSMC中添加前馈补偿项。最后，通过仿真验证所提控制方法的有效性。结果表明：采用FITSMC替代传统的PI控制器，可以有效地降低动态速度跟踪误差。通过与传统方法进行比较，验证了所提方法(FITSMC+ESO)的优越性。     

热-机械载荷下U形对焊接头的安定性

结合非线性叠加法和通用有限元软件ABAQUS研究了内压和温度载荷下U形对焊接头的安定性,探讨了焊缝几何尺寸及焊接材料对压力管道安定性的影响.结果表明,当焊接材料的弹性模量、线膨胀系数和屈服应力与母材相差很大时,在焊接处产生较大的局部应力,可显著影响结构的安定性,而焊接坡口尺寸对安定域影响很小;建立了一种适于工程安定性评估的简化图解法.     

轮式移动机器人滑移轨迹跟踪控制策略研究

针对轮式移动机器人在滑移条件下的轨迹跟踪问题,提出一种自适应模糊控制策略。利用模糊状态观测器对未知的复杂系统模型进行速度估计和补偿,通过设计输出向量将位置约束转换为输出约束,并构造Barrier Lyapunov函数来保证机器人的运动约束,在此基础上设计更简单的纵向滑移模型,利用李亚普诺夫定理分析闭环系统的稳定性,证明了闭环系统中所有信号都是有界的。最后通过仿真和实验验证了自适应模糊控制策略在轮式机器人纵向滑移情况下的有效性和实用性。     

Sliding mode control for mobile welding robot

0IntroductionSliding mode control is an intelligence control methodto realize the linear and the nonlinear system. As an ap-proach for robust control, sliding mode control has beenapplied to the trajectory control of robot manipulators[1 -2],and is recently receiving increasing attention from resear-ches on control of nonholonomic systems with uncertain-ties. The advantages of using sliding mode control includefast response, good transient performance and robustnesswith regard to parameter var…     

基于关节约束的双臂机器人协调控制器研究

为提高双臂机器人运动的协调性,设计了协调控制系统,并对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真验证。创建了双臂机器人三维模型,利用相对雅克比矩阵推导机械臂末端执行器运动轨迹误差公式,设计机械臂运动协调控制器。根据层次优先的任务结构推导机械臂关节角速度方程式,设计双臂联合避免关节限制策略,通过优先级协调双臂运动。为验证关节约束条件下机械臂运动的协调性和稳定性,采用MATLAB软件对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真,并与无关节约束条件下输出效果进行比较。结果表明：在无关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较小,但是双臂机器人运动轨迹跟踪误差较大,双臂产生的角速度峰值较大;在有关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较大,而双臂运动轨迹跟踪误差较小,双臂产生的角速度峰值较小。采用联合关节限制策略,可以提高机械臂运动的协调性,降低机械臂角速度产生的峰值,机器人运动相对稳定,效果较好。     

外部转矩干扰的非完整移动机器人轨迹追踪控制研究

针对外部转矩干扰的非完整机器人运动不稳定、轨迹追踪控制精度较低等问题,提出了无源控制理论的控制方法。构造了非完整移动机器人的动力学模型,介绍了机器人空间运动控制的基本形式。采用无源控制方法设计了机器人末端执行器,使用李雅普诺夫综合法对无源控制闭环系统的稳定性和追踪误差的渐近收敛性进行了证明。结合具体实例,通过Matlab软件对外部转矩干扰的非完整移动机器人运动追踪轨迹和输出转矩进行仿真,并且与PI控制方法形成对比。仿真结果显示,无源控制方法的实际轨迹朝理论轨迹收敛,轨迹追踪误差较小,输出转矩波动小。无源控制方法可以避免外部转矩干扰的非完整机器人运动不稳定,提高轨迹追踪精度。     

基于回流能量调节的液压执行机构运动位移控制仿真研究

为提高液压执行机构控制系统响应速度,从而降低执行机构运动位移输出误差,采用超螺旋滑模控制器,并进行仿真验证。建立回流能量调节的液压执行机构简图,定义差动阀液压流量数学模型,推导出液压执行机构动力学方程式。针对传统滑模控制器进行改进,提出超螺旋滑模控制器。给出液压执行机构超螺旋滑模控制的流程,并分析控制系统的稳定性。为进一步验证超螺旋滑模控制器输出精度,采用MATLAB软件对液压执行机构运动位移进行仿真,并且与传统滑模控制器进行对比。结果表明：采用传统滑模控制器,在空载状态下,液压执行机构运动位移与期望值偏差较小,但是在负载状态下,其偏差较大;采用超螺旋滑模控制器,在空载或者负载状态下,液压执行机构运动位移与期望值偏差都较小,执行机构反应速度较快。采用超螺旋滑模控制器,可以有效降低液压执行机构滑模控制器的抖动幅度,提高运动精度。