基于干扰观测器的机械臂自适应模糊滑模控制

机械臂在轨迹跟踪控制中存在建模误差和外界干扰等问题。为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,设计了一种基于干扰观测器的机械臂自适应模糊滑模控制策略。首先,使用新型趋近律来减小机械臂滑模控制系统中抖振的影响;其次,采用干扰观测器对机械臂建模误差和外界干扰进行估计,根据干扰观测器的观测值对机械臂的输入力矩进行补偿;最后,对于无法观测的部分,采用模糊系统中的万能逼近原理对未知的干扰进行估计,进一步提高机械臂的轨迹跟踪性能。通过仿真试验表明,该控制策略不仅可以克服建模误差和外界干扰所带来的影响,还可以有效地削弱系统的抖振,保证了机械臂各关节位置跟踪的精度和速度。同时也说明了该控制策略的有正确性和有效性。     

多关节机械臂反演滑模神经网络干扰观测器控制

多关节机械臂在建模过程中存在不确定干扰和建模误差,对机械臂的控制系统带来了许多不良的影响.为此,文中研究了一种反演滑模神经网络干扰观测器控制策略.文中采用非线性干扰观测器对多关节机械臂的外部不确定干扰进行观测补偿,且无需外界不确定干扰的上界先验知识.对于建模过程中存在的不确定性,采用反演滑模神经网络自适应控制,运用神经...     

空间机械臂基于神经网络的死区补偿控制

针对自由漂浮空间机械臂所存在的模型误差和机械传动机构中的齿隙死区问题,提出基于神经网络的自适应补偿控制方法。对于系统的模型误差,利用神经网络的逼近能力来对不确定部分进行自适应补偿,而设计变结构控制器消除逼近误差。对于关节执行机构中的齿隙死区,利用两个神经网络来分别进行死区模型的估计与补偿,利用死区补偿原理来推导死区输出、死区补偿器及控制器三者之间的数学关系,进而设计基于神经网络的控制器、补偿器及死区估计器的自适应在线学习律。基于Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性。仿真结果验证了控制器的有效性。     

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。     

基于动量观测器的机械臂碰撞检测与隔离

机械臂在复杂空间规划运动过程中,难免与周围环境及工作人员发生碰撞,因此需要快速可靠地检测机械臂与外界发生的碰撞,并使机械臂做出安全的反应。文中建立了机械臂动力学模型,结合广义动量设计了一种力矩观测器,考虑动力学模型误差、速度引起噪声误差等设定了动态阈值,通过比较观测值与动态阈值,实现机械臂实时碰撞检测。利用观测值将由位置、速度跟踪的控制律改变为基于观测值的力矩控制律,进而隔离碰撞。以2自由度机械臂为例,采用ADAMS分析了其动力学并结合MATLAB对所设计动量观测器进行了仿真,与传统观测器观测值进行比较,验证了所设计的动量观测器可快速准确地检测碰撞。     

具有接触力感知反馈的2R机械臂设计与控制

针对高端制造过程中机械臂与工件之间应具有接触力感知与控制要求的问题,设计一种具有接触力感知反馈的2R 机械臂(a 2R manipulator with contact force perception feedback,2RM-CFPF).首先,利用堆叠式压电陶瓷传感器设计一种具有接触力感知反馈的机械臂关节,建立关节3D模型并阐述关节结构.然后,基于所设计的关节搭建2RM-CFPF机械臂模型,探究其工作机理并推导出数学模型;结合2RM-CFPF机械臂自身特性,采用基于阻抗滑模控制的运动位置/接触力控制方法,实现2RM-CFPF机械臂的力-位混合控制.最后,进行2RM-CFPF机械臂运动控制仿真实验,仿真实验结果表明阻抗滑模控制法能够有效实现2RM-CFPF机械臂的力-位混合控制,满足高端制造中的接触力感知控制要求.     

基于并联RSO优化自抗扰的PMSM速度控制

为提高永磁同步电机调速系统的速度精度及抗干扰能力,提出一种并联降阶状态观测器优化线性自抗扰控制的方法.对传统线性扩张状态观测器进行改进,设计了降阶状态观测器.为了提升控制器在有限带宽内的抗扰动能力,设计并联型的降阶状态观测器.仿真结果表明,控制系统的速度精度和鲁棒性得到明显的提升.     

多关节机械臂的分数阶滑模变结构神经网络自适应控制

在分数阶滑模控制方法的基础,设计了新型的滑模函数趋近律,提升了多关节机械臂轨迹跟踪控制系统的鲁棒性和响应速度.机械臂在建模过程中存在多种建模误差,工作过程中存在外界干扰等不确定因素,因此采用神经网络对各种不确定项进行逼近,对径向基函数神经网络自适应控制中存在的误差,提出了神经网络误差的自适应补偿项,减小了径向基函数神经...     

永磁同步电机新型降阶磁链观测器设计

为了提高永磁同步电机无传感器控制系统的动态品质和控制性能,提出了一种基于降阶磁链观测器算法的转子位置和转速信息估计方法。该算法基于α-β静止坐标系的数学表达,利用使用降阶状态观测器的基本控制原理实现了在线实时估计转子磁链的数值,并基于锁相环技术实现转子位置和转速的估计。最后采用Matlab仿真软件搭建了系统的仿真模型,通过大量仿真结果验证了该算法具有较好的在线估计性能和动态性能,能够快速跟踪实际转速和转子位置信息。     

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.     

RBF神经网络算法的非线性积分滑模控制机械臂运动轨迹误差研究

机械臂运动轨迹容易受到外界不确定因素的干扰,导致运动轨迹跟踪误差较大,振动现象较为严重,不能很好地满足机械臂的准确定位.建立了双关节机械臂模型简图,采用RBF(径向基函数)神经网络算法非线性积分滑模控制机械臂的运动轨迹.分析了RBF神经网络算法结构,推导了RBF神经网络算法非线性积分滑模控制方程式和在线补偿法则,引用李雅普诺夫函数证明机械臂控制系统的稳定性.采用Matlab软件对双关节机械臂运动轨迹跟踪误差进行仿真,并与PID控制系统的跟踪误差进行对比和分析.仿真误差曲线显示,机械臂运动轨迹在受到外界干扰因素的影响时,采用RBF神经网络算法非线性积分滑模控制方法,不仅跟踪误差较小,而且输入转矩波动幅度较小.机械臂末端采用RBF神经网络算法非线性积分滑模控制方法,提高了机械臂的定位精度,降低了抖动幅度.     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

柔性机械臂的状态观测及跟踪控制研究

提出一种基于非线性状态观测器的输入输出控制策略,实现了平面运动多连杆柔性机械臂的关节角跟踪控制和弹性振动的抑制。应用拉格朗日法建立柔性机械臂的动力学模型。基于欧拉-伯努利梁理论,采用有限维度的假设模态描述机械臂的弹性振动。通过重新定义机械臂末端处的输出变量,运用输入输出线性化方法,设计反馈控制器实现了对关节角的控制;以非线性观测器获得弹性振动幅值的变化率,以此构建了振动抑制控制器。通过李雅普诺夫定理证明了设计的非线性观测器的稳定性和误差一致收敛性,引入遗传算法对振动抑制控制器的增益实现了整定,仿真结果证明了提出的控制方法的有效性。     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

2R欠驱动平面柔性机械臂的位置控制策略与试验研究

针对同时具有被动关节和柔性杆的欠驱动平面机械臂,提出一种简单易行的分段位置控制策略。以2R欠驱动平面柔性机械臂为研究对象,建立机械臂的假设模态动力学模型,分析系统的动力学耦合特性与可控性。通过被动关节处制动器的开闭切换,研究平面柔性机械臂的分段位置控制策略,采用PID方法分别设计各阶段主动、被动关节的控制算法。最后,基于自行开发的欠驱动平面机械臂的试验平台及实时控制系统,完成了2R欠驱动平面柔性机械臂位置控制的试验研究。仿真和试验结果表明,主动关节和被动关节在各阶段都能很好地跟踪目标值,进而实现机械臂的操作任务,验证了所提控制方法的可行性和有效性,以及欠驱动柔性机械臂动力学模型的正确性。     

生产线机械制造设备机械臂自动化控制方法

常规方法将伺服电机的驱动力矩直接作用于机械臂关节,关节角速度受扰动力负面影响,使得跟踪轨迹调节时间较长、稳态跟踪误差较大。提出生产线机械制造设备机械臂自动化控制方法。建立机械臂运动学模型,将关节角度作为改变机械臂位置姿态的参量,分析关节角度时间变化规律,得到机械臂位置姿态集合,规划机械臂运动轨迹,利用运动控制处理器,控制伺服电机输出力矩,通过前馈补偿,增益施加给关节的控制力矩,消除扰动力负面影响,由驱动力矩调节关节角速度,使关节角度达到期望值,令机械臂沿着运动轨迹完成作业。以串联连杆型机械臂为例,模拟生产线机械制造设备作业场景,设置初始关节角度和机械臂期望轨迹,实验结果表明,相比两种常规方法,设计方法关节角度调节时间缩短了0.18s、0.384s,稳态跟踪误差减小了0.407rad、0.849rad,提高了机械臂对期望轨迹的跟踪精度。     

机械臂固定时间观测器和自适应滑膜控制方法的设计

在机械臂轨迹跟踪控制过程中,当利用观测器对模型参数不确定性和外部未知动态扰动进行估计时,估计时间容易受扰动初值的影响,为此基于固定时间扰动观测器设计了一种自适应滑模轨迹跟踪控制方法。利用固定时间观测器的特性,在固定时间内获得机械臂内部模型误差和外部不确定扰动的估计,对扰动估计做出补偿,通过滑模控制策略实现机械臂的轨迹跟踪控制。针对滑模控制伴随抖震的特性,论文对滑模控制器的趋近律进行了抑制抖震的改进设计。通过仿真实验证明:基于固定时间扰动观测器的滑膜控制方法能够在固定时间内准确获取扰动的估计值,能够控制机械臂以高精度跟踪给定轨迹;通过与基于高阶扰动观测器的滑模控制方法进行仿真对比,验证了该方法在消除不确定扰动的基础上,能够有效地抑制系统抖振,并且跟踪误差能够在短时间内以指数速率完成收敛。     

多连杆机械臂GA-RBF神经网络轨迹跟踪控制

针对多连杆机械臂模型系统信息不完整、存在外界干扰等问题,设计了一种新型的GA-RBF神经网络闭环自适应控制系统。该系统利用径向基函数(RBF)神经网络来逼近并补偿系统的模型误差和外界扰动,在基于计算力矩法的基础上实现对机械臂的轨迹跟踪控制,并采用遗传算法(GA)对RBF神经网络权值进行在线优化,确保机械臂控制系统能在更短时间内获得稳定,实现了高精度的轨迹跟踪,提高了轨迹跟踪的性能。MATLAB数值仿真的结果验证了该方法的有效性。     

基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制

针对永磁同步电动机(PMSM)的负载扰动问题,提出了一种基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机前馈控制方法。通过设计降阶负载观测器来实时观测电机负载转矩变化,并将观测值作为电流前馈补偿来增加系统鲁棒性;考虑到转动惯量对观测器的影响,引入了梯度校正参数估计法,对电机的转动惯量进行了实时辨识;最后,将负载转矩观测与永磁同步电机的矢量控制相结合,对永磁同步电机的q轴分量进行了转矩前馈补偿以提升系统的动态性能。仿真结果表明,采用梯度校正参数估算法能快速准确地迭代计算永磁同步电机的转动惯量,所设计的降阶负载扰动观测器能有效地估计转矩变化。研究结果表明,基于降阶负载转矩观测器的前馈补偿与永磁同步电机矢量控制相结合,能有效地提升永磁同步电动机转速控制的鲁棒性。     

多关节机械臂干扰观测器的自适应滑模控制

为了解决多关节机械臂在外部干扰和建模误差的轨迹跟踪问题,提出了多关节机械臂干扰观测器的机械臂自适应滑模控制方法.针对干扰信号,采用干扰观测器对可观测干扰进行观测,对于未观测到的干扰通过自适应律的设计进行估计补偿;针对机械臂控制系统中的抖振问题,采用新型趋近律来设计滑模控制律,以减小抖振影响;最后,利用李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性.仿真结果表明,该方法不仅可以有效地削弱抖振问题,而且还可以克服外界干扰和建模误差带来的不确定性,同时保证了系统的鲁棒性.