基于干扰观测器的AUV垂直面等效滑模控制

为提高欠驱动自主水下机器人在外部干扰影响下的垂直面定深控制性能,设计一种基于干扰观测器的等效滑模控制器。遵循实际状况简化欠驱动自主水下机器人的垂直面模型,通过简化模型建立其状态方程;构造干扰观测器,基于干扰观测器设计系统的等效滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性。仿真结果表明：当存在外部干扰时,该控制器相比传统的滑模控制器能够更好地实现水下机器人的垂直面定深控制,具备良好的抗干扰性能。     

基于模糊PID的欠驱动水下机器人路径跟踪方法研究

针对不同环境和任务下欠驱动水下机器人的路径跟踪问题进行相关研究,在分析水下机器人控制模型的基础上,基于视线法提出了一种欠驱动水下机器人路径跟踪控制方法。基于模糊控制算法,设计了一种模糊PID控制器,并将其应用于欠驱动水下机器人的艏向跟踪控制。采用PC104设计了水下机器人的控制系统,并给出了硬件结构框图。最后,对水下机器人路径追踪效果进行了仿真和试验,结果表明基于模糊PID控制器的欠驱动水下机器人路径跟踪控制方法可保证机器人沿规划路径航行,而且该控制系统具有较强的鲁棒性。     

基于干扰观测器的时滞非线性切换系统滑模控制方法

为实现更加精准的时滞非线性切换系统滑模控制,应用干扰观测器设计一种新的系统滑模控制方法。构建时滞非线性切换系统模型,针对系统在发生结构变化时会产生复合干扰变化的情况,设计了一种非线性切换干扰观测器,实施系统不连续干扰的估计。通过 Backstepping 方法结合干扰观测器,设计一种切换滑模控制器,依据标量非线性特性打造一个滑模面,通过滑模控制器算法使时滞非线性切换系统能够满足滑模面的实际可达性条件,完成切换滑模控制器设计,实现系统的滑模控制。对设计的滑模控制方法进行测试,实验中选择的时滞非线性切换系统为一种变后掠翼 NSV 。实验结果表明,该设计方法能够实现较为准确地切入信号跟踪,表现出了很好的切换复合干扰估计性能。     

基于非线性干扰观测器的解耦时变快速终端滑模控制

针对一类四阶欠驱动系统,提出一种基于非线性干扰观测器的解耦时变快速终端滑模控制策略。将四阶系统分解为两个二阶子系统,分别用一个关于系统状态的非线性函数设计各子系统时变滑模面的指数项参数,用第2个子系统的滑模面构造中间变量,将其引入第1个子系统的滑模面中,构造出整个四阶系统的整体滑模面。采用改进的非奇异时变快速终端滑模控制律使两个子系统的状态分别在有限时间内收敛到平衡点;同时为削弱外部扰动对系统控制效果的影响,设计了一个基于双曲正切跟踪微分器的非线性干扰观测器估计外部干扰和系统的不确定性,并将估计值补偿给控制器。利用Lyapunov稳定性原理证明了系统滑模面的渐近稳定性。将该方法应用于小车倒立摆系统的稳定控制,并与现有的解耦滑模控制算法相比,验证了其有效性及优越性。     

三关节欠驱动体操机器人的LQR倒立平衡控制

针对欠驱动体操机器人倒立平衡控问题,给出一种基于动力学模型的三关节欠驱动体操机器人平衡控制方案.首先将三关节欠驱动体操机器人简化为一个在垂直平面上运动的三关节机器人,采用拉格朗日力学方法建立动力学模型,并推导出体操机器人系统状态方程,然后设计LQR控制器,使体操机器人稳定在不稳定的倒立平衡点,最后进行了仿真,结果表明LQR控制器实现了在两输入情况下允许的稳态误差快速响应.     

欠驱动AUV路径跟踪反步滑模控制

水平面路径跟踪是自治水下机器人(AUV)的关键技术之一,但是AUV运动方程的非线性、耦合性、水动力参数的时变性以及外部干扰都给AUV的运动控制增加了难度。应用反步法(Backstepping)设计了欠驱动AUV水平面路径跟踪滑模控制器,并利用微分器对未知状态和不确定项进行了估计。分别在静水、海流及水动力参数摄动的环境下进行了仿真,仿真结果表明该控制器的控制效果和鲁棒性都比较好。     

干扰观测器与滑模控制结合的机械臂跟踪控制

为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,提出了干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪控制方法.建立了机械臂动力学模型,设计了机械臂轨迹跟踪控制方案.将机械臂受到的扰动分为可观测部分和不可观测部分,对于可观测部分,设计了干扰观测器用于估计扰动大小,依据扰动观测值对控制力矩进行补偿,主动消除可观测部分扰动的影响;对于不可观测部分,设计了非线性滑模控制器,用于减小不可观测扰动造成的跟踪误差与抖动.经仿真验证,与传统滑模控制和非线性滑模控制相比,干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪误差减小了一个数量级以上,且跟踪速度最快.     

三关节欠驱动休操机器人的LQR倒立平衡控制

针对欠驱动体操机器人倒立平衡控制问题,给出一种基于动力学模型的三关节欠驱动体操机器人平衡控制方案。首先将三关节欠驱动体操机器人简化为一个在垂直平面上运动的三关节机器人,采用拉格朗日力学方法建立动力学模型,并推导出体操机器人系统状态方程,然后设计LQR控制器,使体操机器人稳定在不稳定的倒立平衡点,最后进行了仿真,结果表明LQR控制器实现了在两输入情况下允许的稳态误差快速响应。     

基于神经网络干扰观测器的终端滑模飞行控制设计

针对具有不确定的非线性多输入多输出系统,利用径向基神经网络设计非线性干扰观测器,并基于所设计的干扰观测器提出了终端滑模控制方法,同时应用于六自由度无人机的鲁棒飞行控制器设计。仿真结果证明了该控制方案的有效性和鲁棒性。     

基于NDO的ROV滤波反步轨迹跟踪控制

针对作业型遥控水下机器人(ROV)在轨迹跟踪过程中存在模型非线性、强耦合、模型参数不确定和外界干扰不确定等问题,提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的滤波自适应反步控制策略。使用NDO观测模型的不确定性和外界干扰,通过指令滤波器避免了直接对虚拟控制量解析求导的过程,利用自适应律补偿观测器观测残量。通过Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差系统的渐进稳定。仿真实验表明,设计的控制器能够实现精确的轨迹跟踪,具有较好的鲁棒特性。     

智能车自动换道横向控制策略的研究

对于具有干扰的系统,针对采用常规滑模控制方法控制精度不高及需要较大切换增益的问题,基于7自由度非线性车辆动力学模型设计了一种基于指数收敛干扰观测器的滑模转向控制器,跟踪智能车自动换道的期望横摆角速度。换道过程采用等速偏移加正弦函数换道模型,基于期望的换道轨迹获得了期望横摆角和横摆角速度。运用Lyapunov理论分析了自动换道系统的稳定性。MATLAB/Simulink仿真结果表明,所设计的自动换道滑模转向控制器能有效地利用干扰观测器和滑模控制的特点,提高跟踪精度,降低切换增益,削弱抖振,具有很好的鲁棒性。     

基于扩展干扰观测器的主动升沉补偿系统自适应鲁棒控制

针对不确定性及外部干扰下主动升沉补偿系统的非线性控制问题,提出一种基于扩展干扰观测器自适应鲁棒控制器。扩展状态观测器将外部扰动扩张成新的状态变量,利用输出反馈观测扩张的状态。基于反步法构建自适应控制器,结合拓展状态观测器处理系统方程存在的建模误差、外干扰、不确定性及参数不确定性。基于滑模控制方法,设计非线性滑模反馈律,从而提高系统在外部干扰下的鲁棒性能。最后,通过李雅普诺夫函数证明整个闭环系统的稳定性。基于升沉补偿电液伺服系统进行仿真实验,结果表明:所设计控制器在存在不确定性及外部干扰的情况下具有良好的控制精度及鲁棒性。     

基于滑模变结构的轮式机器人双环轨迹跟踪控制

针对轮式机器人轨迹跟踪问题,提出了一种利用滑模变结构算法构建的双环轨迹跟踪控制系统。在基于轮式机器人运动学模型基础上,针对该非线性欠驱动系统采用滑模变结构算法设计了能够保证全局范围内渐近稳定的轨迹跟踪控制器,并构建了双环控制系统。通过内环系统控制角速度,实现对方向角的跟踪;外环控制器得到控制角之后实现对速度的控制,使机器人达到期望位姿状态。文中利用Lyapunov稳定性理论对所设计的闭环系统进行了稳定性分析,并通过仿真进一步验证了该控制系统的有效性。     

基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法

为了提高机器人机械臂故障曲线跟踪准确性，本文设计了基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法。分析机器人欠驱动机械臂关节故障原理，建立动力学模型实现对关节故障的检测。采用分散控制的思想将机器人欠驱动机械臂容错控制分为故障检测、信号重构、取代控制以及反馈控制四个部分，依据这四部分设计容错控制律，实现对速度信号与错误信息的实时反馈。在此基础上，通过干扰观测器实现控制律的干扰补偿，使容错控制后的机器人欠驱动机械臂具有抗外界干扰能力，以此完成控制方法设计。分析实验结果可知，所提方法不仅提高了故障曲线跟踪的准确性，减少了欠驱动机械臂容错控制后的稳态时间，满足了机器人欠驱动机械臂容错控制设计需求。     

无速度反馈的双臂空间机器人模糊滑模控制

针对存在不确定性且无速度反馈的自由漂浮双臂空间机器人关节轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于状态观测器的模糊滑模控制方法.根据双臂空间机器人完全驱动动力学方程以及运动学方程,建立自由漂浮状态下系统的关节空间动力学方程.利用模糊系统的万能逼近特性对系统不确定部分进行逼近,并设计状态观测器在线估计系统关节运动的角速度信息.以关节角度和观测器获得的关节角速度作为系统状态反馈,在传统滑模控制方法基础上,进一步考虑系统惯性参数未知导致的建模误差,设计模糊滑模控制器,实现了双臂空间机器人系统关节角度的轨迹跟踪控制.数值仿真验证了所提控制方法的有效性.     

基于滑模变结构的穿梭车牵引控制器设计与仿真

设计提出了一种基于滑模控制的新型穿梭车牵引系统控制器模型.外环采用PI控制器实现速度调节,内环采用滑模控制器实现转矩调节,状态观测器对负载转矩进行间接测量用以实现转矩补偿.滑模控制器的设计采用了指数趋近律和线性切换函数,在加速了趋近运动的同时简化了控制算法.仿真实验表明,引入了带有负载转矩补偿功能的滑模转矩控制器使系统抵抗大范围负载扰动的能力有了显著提升.     

球形机器人非线性PID控制器研究与设计

针对一种非完整约束的典型欠驱动系统对象球形机器人,计算系统二阶非线性微分方程形式的动力学模型并验证其正确性,为非线性控制器的设计与研究提供基础。设计一种并联非线性PID控制方法,该方法将球形机器人系统看做两个单输入系统的组合,并针对每个单输入系统设计并联非线性PID控制器。在Simulink仿真实验中,证明了该控制策略能够实现机器人在平衡点附近的平衡控制与运动控制,同时在存在外界干扰情况下该控制器仍具有较好的响应特性和稳定性。     

基于线性扩张状态观测器的挖掘机电液系统滑模控制（英文）

无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器（Sliding mode controller based on linear extended state observer, SMC-LESO）。根据铲斗油缸活塞杆位移信号,利用设计的线性扩张状态观测器对系统的速度、加速度及负载扰动和不确定因素进行估计,解决了系统参数难以测量的问题。在此基础上,设计了滑模控制器,并证明了该控制器的Lyapunov稳定性。为进一步验证该控制器的有效性,建立了挖掘机电液比例控制系统的联合仿真模型,并与PID控制器、滑模控制器的轨迹跟踪精度进行对比。仿真结果表明,该控制器可以有效抑制扰动,位移跟踪精度高、鲁棒性强。     

基于HJI理论的双半球胶囊机器人姿态非线性控制方法

考虑到自主研发的双半球胶囊机器人系统不确定性以及外界扰动等非线性特征问题,提出了一种基于Hamilton-Jacobi不等式(HJI)理论的双半球胶囊机器人滑模鲁棒非线性控制策略.通过拉格朗日动力学原理建立双半球胶囊机器人被动模态的动力学模型,并将Hamilton-Jacobi不等式理论应用于设计滑模鲁棒的控制律来确保控制系统的稳定性.此外,通过Lyapunov方程验证了该双半球胶囊机器人基于HJI理论的滑模鲁棒控制系统的有效性,并对所设计的控制器进行了仿真实验,仿真和实验结果表明所设计的控制策略能有效地抑制外部干扰对控制误差的影响,提高了双半球胶囊机器人系统的控制精度.     

基于模型预测控制的UUV路径跟踪控制研究

水下无人航行器(UUV)的路径跟踪控制是实现UUV多种军、民用途的重要技术基础。针对UUV路径跟踪控制中的欠驱动、非完整约束、模型的非线性,基于非线性连续模型预测控制算法设计了UUV垂直面路径跟踪控制器。建立了垂直面运动模型并基于状态空间模型给出了垂直面预测模型,通过给定性能指标,运用泰勒级数展开与李导数求解出了连续时间状态下的最优控制律,实现了欠驱动UUV路径跟踪控制。通过仿真实验,验证了垂直面路径跟踪控制器设计的有效性。