水平欠驱动机械臂的反步自适应滑模控制

针对二自由度水平欠驱动机械臂系统,提出了基于分层滑模控制思想的反步自适应滑模控制方法．该方法能够在不对系统状态模型进行复杂坐标变换,并且没有约束方程限制的前提下实现对欠驱动系统的反馈滑模控制．仿真结果表明了该方法的有效性,而且优化后的控制器具有较好的适应性和控制效果．     

基于轨迹规划的平面三连杆欠驱动机械臂位置控制

针对中间关节为欠驱动的二阶非完整平面三连杆机械臂,提出一种基于轨迹规划的末端点位置控制策略.首先,建立系统的动力学模型,并根据几何关系利用差分进化算法求取所有连杆与目标位置相对应的目标角度;然后,根据驱动关节与欠驱动关节的耦合关系,采用时间缩放法和双向法分别规划两根驱动连杆的两条轨迹,并利用遗传算法优化合适的第1连杆中间位置,将两条轨迹拼接成一条完整可达轨迹;最后,设计滑模变结构控制器以跟踪完整可达轨迹,实现系统从初始位置到目标位置的控制目标.数值仿真结果表明了所提出控制策略的有效性.     

基于遗传优化的水平欠驱动机械臂分层滑模控制

针对二自由度水平欠驱动机械臂系统,提出一种基于等效控制理论和李雅普诺夫反馈函数法的分层滑模变结构控制方法.同时,为解决由于欠驱动系统控制缺少通用的参数计算方法而产生控制精度低的问题,提出了针对水平欠驱动系统的遗传算法在全局参数空间进行全参数寻优的改进控制方法.仿真结果表明了该方法的有效性,并且优化后的控制器具有较好的适应性和控制效果.     

欠驱动飞艇平面路径跟踪控制

针对欠驱动飞艇模型,提出一种基于制导向量场的平面路径跟踪控制方法.首先,基于牛顿-欧拉方程建立欠驱动飞艇动力学模型;然后,基于向量场理论构造制导向量场以获得期望偏航角,结合反步法设计路径跟踪控制律,并通过稳定性分析证明所设计的控制律能够使路径跟踪误差收敛到零而且闭环系统状态有界;最后,通过仿真对比了所提出方法与已有方法的控制效果,仿真结果验证了所提出方法的有效性和优越性.     

基于T-S模糊的欠驱动机械臂的平衡控制

针对欠驱动机械臂平衡控制精度低,鲁棒性差,抗干扰空间狭窄,起摆成功率低等问题,提出了一种基于T-S模糊结构和线性调节理论的欠驱动机械臂平衡控制策略,并实现了一种新的起摆-平衡控制方式.首先将系统设定的状态空间分为若干个模糊子空间,通过线性二次型最优理论和线性调节理论,在每个模糊子空间建立局部控制器,保证系统在每个局部子空间中平衡,并最终收敛于给定平衡点,然后使用隶属函数平滑的将各个局部控制器连接起来,最终得到非线性控制对象的模糊平衡控制器,实现了欠驱动机械臂在任意给定点的平衡控制.实验结果表明,所提出的控制策略控制精度高,抗干扰范围大,鲁棒性强,起摆成功率高,并且易于实现,具有较高的推广和应用价值.     

欠驱动三连杆机械臂能量解耦控制策略

针对第二关节为被动的欠驱动三连杆机械臂提出一种能量解耦控制策略. 首先, 将整个运动空间分为摇起区和平衡区, 为了实现快速摇起控制, 进一步将摇起区分为摇起子区间一和摇起子区间二; 其次, 基于Lyapunov函数设计控制律, 使第三杆相对于第二杆处于自然伸展的状态, 即使第三杆角度和角速度收敛为零, 从而解除能量控制与第三连杆姿态之间的耦合; 接着, 在摇起子区间二, 增加系统能量使系统摇起至平衡区附近; 然后, 基于LQR (Linear quadratic regulator)的平衡控制律将系统稳定在竖直向上平衡点; 最后, 用仿真结果验证该控制策略的有效性.     

垂直三连杆欠驱动机械臂通用控制策略设计

本文针对一类含单一欠驱动关节的垂直三连杆欠驱动机械臂提出一种基于振荡衰减轨迹的通用控制策略.与传统的分区控制策略相比,本文控制策略无需采用分区方式就能快速地实现将机械臂末端点由垂直向下初始位置开始移动,并最终稳定在垂直向上目标位置的控制目标.首先,根据驱动连杆的初始和目标状态,为驱动连杆规划含可调参数的振荡衰减轨迹.该轨迹能够在一定调节时间内将驱动连杆直接由初始状态移动至目标状态.基于连杆状态间的耦合关系,利用粒子群优化算法优化轨迹参数使欠驱动连杆在相同调节时间内也运动至目标状态.接着,利用滑模方法设计跟踪控制器使驱动连杆跟踪优化后的振荡衰减轨迹,这样,系统末端点将由初始位置移动至目标位置.进一步利用极点配置方法设计镇定控制器克服重力的作用将末端点稳定在目标位置.最后,通过仿真实验验证所提控制策略的有效性.     

一类欠驱动系统的非线性输出跟踪控制

针对一类模型结构为非下三角的欠驱动系统,在反步法的框架下研究了其非线性输出跟踪控制问题．鉴于在此类欠驱动系统的反步法设计中,沿用一般下三角系统的偏差难以镇定全部的偏差动态,由此引入了“联系函数”的概念．在反步法设计中,构造了异于下三角系统的偏差,设计了状态反馈跟踪控制器,保证了系统偏差的全局一致渐近稳定性．仿真结果表明...     

基于智能优化算法的欠驱动机械臂位姿控制

针对中间关节为欠驱动的平面机械臂系统,提出一种基于轨迹规划和跟踪控制的位姿控制策略,实现了系统位姿控制目标。根据系统控制目标,针对驱动连杆设计了一条连续的运动轨迹。其中,为了实现驱动连杆的控制目标,根据驱动连杆的初始和目标角度设计第一部分的运动轨迹;为了同时实现欠驱动连杆的控制目标,设计第二部分带有可调参数的轨迹。同时,通过差分进化算法对轨迹参数进行优化。并设计滑模变结构控制器使驱动连杆跟踪设计的运动轨迹达到目标状态。最后,仿真结果验证了该策略的有效性。     

基于遗传算法的欠驱动机械臂优化控制研究

欠驱动系统是一类控制器少于系统自由度的二阶非完整系统。提出一种基于遗传算法优化的摇起控制器设计。该控制器主要用于控制Acrobot系统的摇起运动。首先运用部分反馈线性化的状态反馈控制设计摇起控制器,然后利用遗传算法对摇起控制器的三个参数进行在线自调整优化,以确保Acrobot摇起的动态性能达到最优化,为平滑而稳定地切换到平衡控制器提供保障。计算机仿真结果显示,该方法能大大缩短系统摇起到进入平衡状态的时间,并具有良好的动态性能。     

欠驱动飞艇三维路径跟踪控制

针对欠驱动飞艇的路径跟踪控制问题,提出了一种基于制导向量场的三维路径跟踪控制方法.首先,引入向量场理论.接着基于牛顿–欧拉方程建立欠驱动飞艇动力学模型.基于所提模型和向量场理论构造制导向量场以获得期望姿态角和期望速度.然后结合反步法和PD控制设计路径跟踪控制器,用指令滤波器对控制器设计过程中虚拟控制的导数进行估计,避免了复杂的解析计算.所设计的控制器是由制导向量场子系统、姿态稳定环和速度跟踪环组成的内外环结构.稳定性分析证明了飞艇的路径跟踪误差最终一致有界.最后仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

欠驱动冗余度空间机器人优化控制

欠驱动控制是空间技术中容错技术的重要方面.本文研究了被动关节中有制动器的欠驱动冗余度空间机器人系统的运动优化控制问题.从系统动力学方程出发,分析了欠驱动冗余度空间机器人的优化能力和控制方法;给出了主、被动关节间的耦合度指标;提出了欠驱动冗余度空间机器人系统的“虚拟模型引导控制”方法,在这种方法中采用与欠驱动机器人机构等价的全驱动机器人作为模型来规划机器人的运动,使欠驱动系统在关节空间中逼近给出的规划轨迹,实现了机器人末端运动的连续轨迹运动优化控制;通过末关节为被动关节的平面三连杆机器人进行了仿真,仿真的结果证明了提出算法的有效性.     

Robust nonlinear control of a planar 2-DOF parallel manipulator with redundant actuation

A new robust nonlinear controller is presented and applied to a planar 2-DOF parallel manipulator with redundant actuation. The robust nonlinear controller is designed by combining the nonlinear PD (NPD) control with the robust dynamics compensation. The NPD control is used to eliminate the trajectory disturbances, unmodeled dynamics and nonlinear friction, and the robust control is used to restrain the model uncertainties of the parallel manipulator. The proposed controller is proven to guarantee the uniform ultimate boundedness of the closed-loop system by the Lyapunov theory. The trajectory tracking experiment with the robust nonlinear controller is implemented on an actual planar 2-DOF parallel manipulator with redundant actuation. The experimental results are compared with the augmented PD (APD) controller, and the proposed controller shows much better trajectory tracking accuracy.     

基于反演设计的机器人自适应动态滑模控制

针对机器人跟踪控制问题,设计了一种新型的动态滑模控制器,采用反演（backstepping）方法设计一种新的切换函数,将不连续项转移到了控制的一阶导数中,得到了输入的平滑性的动态滑模控制律。该控制律能保证轨迹跟踪误差的快速收敛性和参数不确定的鲁棒性,仿真实例验证了该控制算法的有效性。     

考虑误差补偿的柔性关节机械臂命令滤波反步控制

针对柔性关节机械臂在运动过程中易产生振动,使力和位置等控制精度难以保证等问题,提出了一种改进的命令滤波反步控制方法.首先,采用二阶命令滤波器得到反步控制方法中所需的虚拟控制函数及其导数,避免了对虚拟控制函数的多阶求导所导致的计算爆炸问题.随后,为了消除引入命令滤波器所产生的滤波误差,设计了滤波误差补偿机制,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了该策略可保证闭环跟踪误差系统的稳定性.最后,针对单关节柔性机械臂进行MATLAB仿真,证明了该方法的有效性.实验结果表明,加入滤波误差补偿后,跟踪精度提高了12.7%,滤波误差明显减少.     

Robust tracking control of a unicycle-type wheeled mobile manipulator using a hybrid sliding mode fuzzy neural network

This article presents a robust tracking controller for an uncertain mobile manipulator system. A rigid robotic arm is mounted on a wheeled mobile platform whose motion is subject to nonholonomic constraints. The sliding mode control (SMC) method is associated with the fuzzy neural network (FNN) to constitute a robust control scheme to cope with three types of system uncertainties; namely, external disturbances, modelling errors, and strong couplings in between the mobile platform and the onboard arm subsystems. All parameter adjustment rules for the proposed controller are derived from the Lyapunov theory such that the tracking error dynamics and the FNN weighting updates are ensured to be stable with uniform ultimate boundedness (UUB).     

基于收缩反步的不确定机械臂轨迹跟踪控制

针对不确定机械臂系统的轨迹跟踪控制问题,基于干扰观测器原理,提出了一种收缩反步控制算法.首先,采用非线性观测器对系统的模型不确定项和未知外部干扰部分进行观测.然后,使用收缩反步控制求解出控制输入力矩,从而实现对参考轨迹的精确跟踪,并分析二阶闭环系统的增量稳定性和Lyapunov方程解的原点指数稳定性.最后,将上述所提控制律应用于2-DOF机械臂,通过收缩反步与滑模控制的对比仿真,证明其有效性.     

改进非线性干扰观测器的机械臂自适应反演滑模控制

针对传统滑模和传统干扰观测器在机械臂关节位置跟踪中存在的控制输入抖振、需要测量加速度项、应用模型受限等问题,提出一种改进非线性干扰观测器的机械臂自适应反演滑模控制算法。首先,设计改进的非线性干扰观测器进行在线测试,在滑模控制律中加入干扰估计值对可观测的干扰进行补偿;然后选择合适的设计参数,使观测误差指数型收敛;其次,引入反演自适应控制律,对不可观测的干扰进行估计,进一步改善控制系统的跟踪性能;最后,利用李雅普诺夫函数验证了闭环系统的渐近稳定性,并将其应用于机械臂关节位置跟踪。实验结果表明,与传统滑模算法比较,所提控制算法不但加快了系统的响应速度,而且能有效地削弱系统抖振、避免测量加速度项并扩大应用模型使用范围。     

欠驱动刚体航天器奇异避免的反步姿态控制

为了完成欠驱动刚体航天器(UCRS)姿态系统的稳定控制,使得UCRS全程稳定飞行,本文提出了一种奇异避免的反步控制(SABSC)方法.首先,对于已知的UCRS系统的动力学模型和利用(w, z)参数表述的运动学模型,本文通过构造合适的李雅普诺夫函数,推导得到了两个驱动轴角速度理想的函数表达式,确保了姿态系统参数的一致收敛;其次,在理想姿态角速度的基础上,借助于重构期望的李雅普诺夫函数,设计得到了奇异避免的反步控制器;最终,为了检验本文提出的SABSC的性能,进行了数值仿真实验,实验结果表明本文提出的控制器具有较好的控制性能.     

欠驱动航天器李亚普诺夫函数非线性姿态控制

摘要：本文提出了一种李亚普诺夫函数的非线性控制方法,用于完成欠驱动刚体航天器(under-actuated rigid spacecraft,UCRS)姿态系统的稳定控制,确保UCRS全程稳定飞行. 首先,根据已知的UCRS系统的动力学模型和利用( , )参数表述的运动学模型,变换得到动力学和运动学的一体化模型;其次,对于有驱动轴输出力矩作用的姿态控制通道,通过分别构造合适的李亚普诺夫函数,推导得到驱动轴控制力矩的耦合等式;再次,通过解算两个驱动轴控制力矩的耦合等式,推导得到驱动轴控制力矩的函数表达式,完成李亚普诺夫函数的非线性控制器(Lyapunov function nonlinear controller,LFNC)设计,确保姿态系统参数的一致收敛;最终,为了检验本文提出的LFNC的性能,进行了数值仿真实验,另外选取了奇异避免的反步控制器(singularity avoidance back-stepping controller,SABSC)进行比较,实验结果表明本文提出的控制器LFNC具有更好的控制性能.