漂浮基柔性空间机械臂姿态与关节协调运动的Terminal滑模控制

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与各关节协调运动的控制问题．基于假想模态法、系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基柔性空间机械臂系统的动力学方程,并将其转化为系统控制状态方程．以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与各关节协调运动的Terminal滑模控制方案．提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性．此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒和稳定性．一个平面两杆漂浮基柔性空间机械臂的系统数值仿真,证实了方法的有效性．     

任务空间内空间机械臂的自适应控制

对于本体姿态受控而位置不受控的空间机械臂系统,本文在任务空间内给出了一种自适应控制算。证明了当系统存在参数不确定性时,该算汉不但可以保证末端招待器在任务空间内的位置轨迹跟踪误差渐近收敛,而且还可保证在关节空间的角偏差及角偏差速率渐近收敛。仿真结果验证了算法的有效性。     

漂浮基空间机械臂分解运动控制的增广自适应算法

本文讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基两杆空间机械臂系统的逆运动学问题 ,推导了系统的运动学、动力学方程．分析表明,结合系统动量守恒及动量矩守恒关系得到 的系统广义Jacobi关系为系统惯性参数的非线性函数．本文证明了,借助于增广变量法可以 将增广广义Jacobi矩阵表示为一组适当选择的惯性参数的线性函数．并在此基础上,给出了 系统参数未知时由空间机械臂末端惯性空间期望轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速 度的增广自适应控制算法．仿真运算,证实了方法的有效性．     

参数不确定空间机械臂系统的鲁棒自适应混合控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机械臂系统的控制问题.对系统运动学、动力学的分析结果表明,结合系统动量守恒及动量矩守恒关系得到的系统广义Jacobi关系以及系统的动力学方程是系统惯性参数的非线性函数.证明了借助于增广变量法可以将系统的增广广义Jacobi矩阵及系统动力学方程表示为一组适当选择的(组合)惯性参数的线性函数.以此为基础,针对系统惯性参数不确定的情况,设计了空间机械臂末端抓手跟踪惯性空间期望轨迹的鲁棒自适应混合控制方案.仿真运算结果证实了方法的有效性.     

空间机械臂的鲁棒复合自适应控制

对于本体姿态受控而位置不受控的空间机械臂系统,考虑存在参数不确定性及非参数不确定性,首先建立了系统的估计模型,并且提出了一种鲁棒复合自适应控制方法,其参数适应律由估计误差和跟踪误差共同决定.证明了这种方法不仅可维持系统的全局渐近稳定,而且还可快速收敛和减小跟踪误差.     

一类空间机械臂系统的自适应控制与鲁棒控制

讨论载体位置与姿态均不受控制的自由浮动空间机械臂系统的控制问题。基于增广列反馈控制模型,提出当载荷参参数不确定时空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的自适应和鲁棒控制方法,通过仿真运算,证实了方法物有效性。     

基于任务空间的无标定视觉机械臂自适应跟踪控制

针对动力学参数不确定的无标定视觉机械臂系统,研究基于任务空间的自适应控制问题。对于控制器的设计,首先研究机械臂动力学参数不确定情况下基于任务空间的控制问题,然后设计自适应摄像机标定控制器,最后根据任务空间信息和图像空间信息的一致收敛关系统一两部分控制器,设计整个闭环系统控制信号和自适应控制律。实验结果表明了所提出的控制方法的有效性。     

一类空间机械壁的复合自适应控制

对于本体资态受控而位置不受控的空间机械臂系统,其自适应控制通常是从跟踪误差中获得有关参数信息,但除了跟踪误差外,估计中也含有参数信息。本文首先分析了一类空间机械臂系统的动力学特性,建立了系统的估计模型,并且提出了一种复合自适应控制方法,其参数适应由估计误差和跟踪误差共同;证明了这种自适应方法不仅可维持自适应控制系统的全局稳定,而且还可快速收敛和减小跟踪误差,仿真结果也验证了这一特点。     

柔性机械臂运动轨迹的鲁棒自适应控制

本文针对多连杆柔性机械臂的运动轨迹问题，讨论了动力学建模，控制系统结构设计以及鲁棒自适应控制法，运用假设模记方法得到了柔性机械臂动力学所似方程，通过对柔性机械臂动力学特性分析，建立了等价动力学模型，依此提出了一种鲁棒自适应控制算法，并给出仿真研究结果。     

柔性机械臂末端位置的变结构模型参考自适应控制

本文用变结构方法设计柔性机械臂的模型参考自适应控制律．首先用最优状态反馈方法构造了参考模型，然后定义了末端位置误差，构造了滑模曲线，接着用变结构方法推导了自适应控制律，最后针对一具体柔性臂作了仿真研究，验证了理论的正确性并给出了一些有意义的结论．     

基于机械臂耦合力矩评估的组合航天器姿态协调控制

针对在轨服务任务中服务航天器和目标航天器对接后组合体的姿态稳定问题,提出一种基于机械臂耦合力矩评估的组合航天器姿态协调控制方法.首先,对空间机械臂和组合航天器进行了动力学建模与分析;其次,利用空间机械臂和组合体平台之间的强耦合特点,采用空间机械臂的运动来协调组合航天器平台的姿态运动,并给出了相应的协调规划方法;然后,考虑传统航天器燃料有限、反作用轮易饱和等因素,采用以空间机械臂为主、反作用轮为辅的方式对组合航天器进行姿态协调控制,并设计了基于机械臂耦合力矩评估的姿态协调控制器;最后利用仿真实验与传统航天器姿态控制方法进行了比较分析,结果表明:所提方法仅通过空间机械臂和反作用轮就能实现对组合航天器的姿态稳定控制,而不需要消耗昂贵的喷气燃料.     

受限机器人运动的自适应控制

本文基于[4]中对受限机器人运动方程的变换,给出了一种自适应控制方案,使得在系统某些参数未知的情况下,机器人末端操纵器的位置运动及其与刚性、无摩擦的工作环境之间的接触力渐近趋于期望值,本文中的仿真例子验证了给出的自适应控制方案的有效性。     

一种可重构机械臂的自组织协调控制

主要研究一种新的具有树型结构的可重构机械臂的自组织协调控制问题，首先给出这种可重构机械臂的运动学、动力学方程及其结构变化的关系；然后通过研究一个较通用的任务模型建立了系统的动力学方程，由此提出一个自组织协调控制策略，最后仿真结果证明了控制规律是有效的。     

Observer-Based Adaptive Robust Precision Motion Control of a Multi-Joint Hydraulic Manipulator

Hydraulic manipulators are usually applied in heavy-load and harsh operation tasks. However, when faced with a complex operation, the traditional proportional-integral-derivative (PID) control may not meet requirements for high control performance. Model-based full-state-feedback control is an effective alternative, but the states of a hydraulic manipulator are not always available and reliable in practical applications, particularly the joint angular velocity measurement. Considering that it is not suitable to obtain the velocity signal directly from differentiating of position measurement, the low-pass filtering is commonly used, but it will definitely restrict the closed-loop bandwidth of the whole system. To avoid this problem and realize better control performance, this paper proposes a novel observer-based adaptive robust controller (obARC) for a multi-joint hydraulic manipulator subjected to both parametric uncertainties and the lack of accurate velocity measurement. Specifically, a nonlinear adaptive observer is first designed to handle the lack of velocity measurement with the consideration of parametric uncertainties. Then, the adaptive robust control is developed to compensate for the dynamic uncertainties, and the close-loop system robust stability is theoretically proved under the observation and control errors. Finally, comparative experiments are carried out to show that the designed controller can achieve a performance improvement over the traditional methods, specifically yielding better control accuracy owing to the closed-loop bandwidth breakthrough, which is limited by low-pass filtering in full-state-feedback control.

     

自由飞行空间机器人系统的协调运动控制

考虑由载体和机械臂组成的空间机器人系统的协调控制问题,提出了一种新的协调控制策略.该策略首先利用简单的变结构控制器粗略控制载体的运动,进而设计机械臂控制器以保证手端精确跟踪其期望的运动轨迹.应用该策略分别对手端自由运动和受限运动设计了相应的控制器,并对两杆平面空间机器人系统进行了仿真,证实了控制策略的有效性.     

Motion Control of a Nonholonomic Mobile Manipulator in Task Space

In this paper, the motion control of a mobile manipulator subjected to nonholonomic constraints is investigated. The control objective is to design a computed‐torque controller based on the coupled dynamics of the mobile manipulator. The proposed controller achieves the capability of simultaneous tracking of a reference velocity for the mobile base and a reference trajectory for the end‐effector. The aforementioned reference velocity and trajectory are defined in the task space, such task setting imitates the actual working conditions of a mobile manipulator and thus makes the control problem practical. To solve this tracking problem, a steering velocity is firstly designed based on the first‐order kinematic model of the nonholonomic mobile base via dynamic feedback linearization. The main merit of the proposed steering velocity design is that it directly utilizes the reference velocity set in the task space without requiring the knowledge of a reference orientation. A torque controller is subsequently developed based on a proposed Lyapunov function which explicitly considers the coupled dynamics of the mobile manipulator to ensure the mobile base and end‐effector track the reference velocity and trajectory respectively. This proposed computed‐torque controller is able to realize asymptotic stability of both the base velocity tracking error and the end‐effector motion tracking error. Simulations are conducted to demonstrate the effectiveness of the proposed controller.     

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.     

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...     

考虑柔性关节的机械臂自适应运动控制策略研究

具有柔性关节的轻型机械臂因其自重轻、响应迅速、操作灵活等优点,取得了广泛应用;针对具有柔性关节的机械臂系统的关节空间轨迹跟踪控制系统动力学参数不精确的问题,提出一种结合滑模变结构设计的自适应控制器算法;通过自适应控制的思想对系统动力学参数进行在线辨识,并采用Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性;仿真结果表明,该控制策略保证了机械臂系统对期望轨迹的快速跟踪,具有良好的跟踪精度,系统具有稳定性。