基于Internet的遥操作系统带观测器的反馈控制

通常遥操作系统主、从机械手间存在通信时延,影响了系统的稳定性和操作性能.在基于Internet的遥操作系统中,时延是时变的,对系统的影响尤为剧烈.为了解决这个问题,在环境模型未知的条件下,首先提出在本地控制端用主手状态、预测的从手状态及接触力设计反馈控制器;接着用时间前向观测器预测从机械手的状态,并将时延变化率建模为系统不确定参数,最终得到稳定性和透明性条件.仿真结果表明了该方法的有效性.     

变时延力反馈遥操作机器人系统的内模控制

针对遥操作机器人通讯信道变化时延破坏系统稳定性和透明性的问题,为力反馈遥操作系统建立了内模控制结构,设计了两端控制器,并给出了有界时延摄动下系统鲁棒稳定和满足鲁棒性能准则的控制器参数范围,使系统在变时延下依然稳定并具有良好的透明性．给出的控制方法不仅对时延状况适应性强,而且控制器参数少,相关度低,依据不同性能要求进行选取的灵活性大．     

大时延遥操作系统的波变量双边自适应控制

针对通信时延对遥操作系统稳定性和透明性的影响,研究了一种基于双边自适应控制和波变量理论的控制方法。通过设计波控制器保证通信传输模块的无源性,在保证系统稳定的基础上,调节波阻抗系数来提高系统的透明性,并在时延10 s的情况下进行主从端速度、位置和力的跟踪仿真实验,结果表明该方法和已有的双边自适应方法相比既能保证系统稳定且透明性好,达到较好的控制效果。     

自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制

作为空间操控的重要手段, 空间遥操作将趋向于更精细和更灵活. 然而传统的空间遥操作控制方法难以兼 顾操作的精细性和灵活性. 针对这一问题, 本文阐述了一种面向自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制方法. 首先根据自由飞行空间机器人的动力学模型, 设计了空间遥操作分数阶PID控制系统. 其次, 针对空间遥操作时滞 系统和系统的鲁棒性和抗干扰性要求, 基于系统的参数稳定域, 对分数阶PID控制器的参数进行整定. 最后, 数值仿 真和地面遥操作实验验证了分数阶PID控制器的跟踪性能、抗干扰性、鲁棒性和抗时延抖动性能. 因此, 本文设计的 分数阶PID控制器不仅适合于空间遥操作复杂时滞系统, 而且可以满足未来空间遥操作任务的发展需求.     

不确定遥操作系统带干扰观测器的自适应控制

遥操作系统受到不同类型的不确定性因素影响, 这些不确定性会降低系统的透明性, 甚至会使得系统不稳定. 本文提出了一种带干扰观测器的自适应控制器(adaptive controller with disturbance observer, ACWDO) 用来处理遥操作系统中同时受到的外部干扰和内部动力学参数不确定性. 首先建立了受外部干扰的遥操作系统的非线性动力学模型; 然后分别对主机器人和从机器人设计非线性干扰观测器用来对外部干扰进行估计和补偿; 之后在干扰观测器基础之上分别对主机器人和从机器人设计自适应控制器用来处理内部不确定的动力学参数; 最后再将所设计的ACWDO融入到四通道遥操作系统结构中. 理论分析和仿真结果表明, 所设计的控制器可以取得良好的位置跟踪和力跟踪效果, 确保了遥操作系统的透明性.     

多自由度遥操作机器人可靠性控制研究

本文针对多自由度遥操作机器人的可靠性控制问题进行了研究,采用时延估计在线获得机器人系统的未知动力学和外界干扰,并在控制过程中加以补偿.这里,我们利用一些满足一定概率分布的不相关的随机变量来表示遥操作机器人的概率性执行器故障.通过考虑遥操作机器人的概率性执行器故障和控制时变时延,我们建立了新的遥操作机器人模型.在此基础上,研究了遥操作机器人的可靠性控制.通过使用Lyapunov稳定性方法和随机系统理论,得到了遥操作机器人的执行器概率分布依赖的渐近均方稳定的充分性条件,其中该条件是以线性矩阵不等式的形式给出,从而非常便于计算机转化为凸优化问题进行求解.最后用一个仿真算例来验证本文给出方法具有以下作用:首先,在考虑遥操作机器人的概率性执行器的故障的情况下,本文提出方法可以很容易地得到控制输入时延的上界;其次,在不考虑遥操作机器人执行器故障时,本文提出方法依然可以使用;最后,在考虑遥操作机器人的概率性执行器故障时,本文提出的方法都可以为其设计理想的控制器.     

自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制（英文）

作为空间操控的重要手段,空间遥操作将趋向于更精细和更灵活.然而传统的空间遥操作控制方法难以兼顾操作的精细性和灵活性.针对这一问题,本文阐述了一种面向自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制方法.首先根据自由飞行空间机器人的动力学模型,设计了空间遥操作分数阶PID控制系统.其次,针对空间遥操作时滞系统和系统的鲁棒性和抗干扰性要求,基于系统的参数稳定域,对分数阶PID控制器的参数进行整定.最后,数值仿真和地面遥操作实验验证了分数阶PID控制器的跟踪性能、抗干扰性、鲁棒性和抗时延抖动性能.因此,本文设计的分数阶PID控制器不仅适合于空间遥操作复杂时滞系统,而且可以满足未来空间遥操作任务的发展需求.     

空间机器人遥操作预测仿真系统研究

针对通讯信号在天地传输过程中产生的较大时延导致对空间机器人的遥操作产生巨大困难,提出了通过虚拟现实技术对遥操作结果进行预测仿真.以规避传输时延影响的方法,并通过虚拟夹具技术降低操作复杂度;通过基于时间戳的修正策略以确保预测结果的准确性;针对具体任务环境提出了九点碰撞检测算法以提高系统运行效率.进行了多次与实物相结合的实验,实验结果表明,该系统运行快速、预测准确,可以有效地规避大时延天地传输带来的弊端,帮助地面操作员完成空间机器人的遥操作.     

SCARA机器人内模控制方法

为了使SCARA机器人在外界干扰和模型不精确的情况下具有优良的轨迹跟踪性能,提出一种基于内模控制原理设计SCARA机器人控制器的方法。采用拉格朗日方法获得SCARA机器人动力学模型,将其作为内模控制的估计模型;选择内模滤波器[f(S)]设计内模控制器[Q(S),]使其满足稳态误差为零的条件,通过推导得出不同输入信号下的SCARA机器人控制律。通过仿真,将其与自适应模糊滑模控制方法进行对比分析,结果表明所提出的方法轨迹跟踪精度高,抗干扰能力强,控制器参数调节简单。     

空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应控制器设计

针对空间绳系机器人（Tethered space robot,TSR）目标抓捕过程中的稳定控制问题,建立空间绳系机器人系统模型,根据阻抗控制原理,设计基于位置的阻抗控制方法;针对空间绳系机器人系统的模型不确定性问题,利用神经网络对不确定性进行估计补偿,设计鲁棒项对空间系绳干扰和神经网络估计误差的影响进行抑制,在此基础上设计空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应稳定控制器,并进行稳定性证明.最后对设计的控制器进行仿真验证.作为对比,对无鲁棒项自适应的稳定控制器进行仿真.仿真结果表明,设计的基于阻抗控制的鲁棒自适应控制可以实现对空间绳系机器人目标抓捕过程中的稳定控制,与无鲁棒项自适应的稳定控制器仿真结果相比,本文采用的鲁棒自适应控制方法可以有效地对不确定性进行补偿,控制过程中超调量更小,收敛时间更短,并且控制精度更高.     

基于模糊控制系统的机械臂自适应控制算法设计

针对现有机械臂控制算法,在轨迹控制和精度补偿方面存在的不足,设计了一种基于模糊补偿系统的自适应控制算法。先在笛卡尔空间内分析了机械臂的空间动力学运动过程,并得出机械臂运动中的最优力矩值,构建模糊控制规则并设定模糊子集;对经典模糊理论进行优化,引入可变论域思维在机械臂运动过程中,系统会实时反馈末端执行器行动轨迹,并实施动态化补偿;基于自适应算法对可变论域模糊控制器进行二次优化,修正模糊规则并校正模型的控制量参数,提升和改善整个机械臂系统的控制精度。实验结果显示,模糊补充自适应控制算法在多关节和多连杆机械臂的角度控制和位移控制精度方面有较大的优势,同时各关节和连杆的运动相应时间仅为0.27s和0.20s。     

一类机械臂系统自适应有限时间有界H∞跟踪控制

考虑一种电机驱动的单连杆机械臂系统在受到输出约束时的自适应有限时间H∞跟踪控制问题.一个有限时间有界H∞性能的新概念被提出,并结合障碍Lyapunov函数(BLF)、神经网络自适应技术、有限时间控制理论和H∞控制理论,提出了一种该系统在输出受限条件下的自适应神经有限时间有界H∞跟踪控制器设计方法,避免了许多有限时间控制...     

遥控作业器基于主动时延神经网络的感知和控制

遥控作业器是实现未知或危险环境中作业的有力手段．由于遥控机械手大多工作在不确定的环境中，操作者难以预先知道环境目标的动力学特性，在机械手和环境发生力的交互过程中，需要考虑机械手和环境碰撞时的强非线性对控制回路的影响，因此对机械手和环境碰撞的实时感知和识别是非常重要的．本文利用接近觉传感器测量机械手顶端与环境物体的距离，提出了基于主动时延神经网络的遥控作业器的感知和控制方法．仿真实验表明了该方法的有效性和对接近觉传感器量程的要求     

柔性机械臂的双时间尺度组合控制

本文研究柔性机械臂的轨迹跟踪和振动抑制问题. 首先, 利用Lagrange法和假设模态法建立柔性机械臂的动态模型, 进而利用奇异摄动理论得到柔性机械臂的双时间尺度模型. 然后, 基于慢时间尺度模型利用滑模控制理论设计轨迹跟踪控制器; 借助于快时间尺度模型利用自适应动态规划设计参数不精确已知情况下的最优振动抑制控制器; 将二者相结合, 构造双时间尺度组合控制器, 利用奇异摄动理论证明闭环系统稳定. 最后, 在Matlab/Simulink环境下进行实验, 与现有方法相比, 本文设计的控制器对柔性振动具有更好的振动抑制效果, 跟踪精度更高.     

非完整移动机械手鲁棒自适应模糊控制

考虑系统存在的参数、外界扰动和未建模动态等不确定性,研究非完整移动机械手的鲁棒自适应控制器设计方法.基于用旋量理论建立的非完整移动机械手的动力学模型,设计了移动平台子系统的运动控制器,然后应用非线性反步控制技术和模糊逻辑系统的通用逼近性,用参数化线性模糊逻辑系统逼近非完整移动机械手动力学模型中的不确定项,基于Lyapu...     

无源散射变换的双边移动机器人网络遥操作

网络遥操作系统的随机时延给控制器设计带来巨大挑战,严重时破坏系统的稳定性。首先对遥操作无源理论及其波变量控制方法做了简单综述,然后提出直接无源散射变换方法,它将无源双边控制方法推广到具有随机时延的网络遥操作系统中去,保证网络遥操作系统在任何不对称随机网络时延情况下稳定。最后基于此变换方法设计了一个虚拟主从手双边移动机器人网络遥操作方案,并进行了仿真验证,结果表明结出的设计方法能满足系统性能要求。     

Switched adaptive tracking control of robot manipulators with friction and changing loads

A switched adaptive controller is designed for robot manipulators with friction and changing loads. The nonlinear friction is depicted by a nonlinear friction model, and a switched nonlinear system is used to model the parameter jump caused by load change. Hyperstability theory is used in the designing procedure, which provides more options for adaptive laws than Lyapunov theory. In the presence of friction and changing loads, asymptotic tracking is achieved under arbitrary switching, which is not able to accomplish by a non-switched adaptive controller. The proposed method is validated by a simulation of a 2 degree of freedom manipulator.     

State and Impedance Reflection Based Control Interface for Bilateral Telerobotic System with Asymmetric Delay

In this paper, we investigate state and imped-ance reflection based robust control strategy for bilateral shared telerobotic system under unsymmetrical time varying delay. Shared input for both master and slave robot is designed by combining delayed position and position-velocity signals with impedance reflection properties of the interaction between slave and environment and between human and master robot manipulator. Adaptive control algorithm is proposed to estimate the interaction properties between human and master manipulator and between slave and remote environment. Then, the delayed estimated interaction properties are reflected back to the master and slave robot manipulator to match with the estimated impedance properties of the interaction between human and remote environment. We combine robust term with adaptive control term to deal with the uncertainty associated with gravity loading vector, unmodeled dynamic and external disturbance. The stability conditions with time varying delays are derived by using Lyapunov-Krasovskii functional. Experimental results are given to demonstrate the validity of the proposed design for real-time applications.     

移动机械手鲁棒自适应模糊控制

基于旋量理论建立了非完整移动机械手系统的动力学模型,通过反步控制技术,应用非线性参数化模糊逻辑系统设计了移动机械手的鲁棒自适应模糊控制器.该控制器放松了移动机械手控制器设计中斜对称性的要求,对移动机械手系统中存在的参数或外界扰动等不确定性具有较强的鲁棒性和自适应能力.理论证明和仿真结果表明,所设计的控制器是有效的.     

Robust adaptive control for mobile manipulators

This paper addresses the trajectory tracking control of a nonholonomic wheeled mobile manipulator with parameter uncertainties and disturbances. The proposed algorithm adopts a robust adaptive control strategy where parametric uncertainties are compensated by adaptive update techniques and the disturbances are suppressed. A kinematic controller is first designed to make the robot follow a desired end-effector and platform trajectories in task space coordinates simultaneously. Then, an adaptive control scheme is proposed, which ensures that the trajectories are accurately tracked even in the presence of external disturbances and uncertainties. The system stability and the convergence of tracking errors to zero are rigorously proven using Lyapunov theory. Simulations results are given to illustrate the effectiveness of the proposed robust adaptive control law in comparison with a sliding mode controller.