欠驱动船舶路径跟踪的神经网络稳定自适应控制

针对三自由度欠驱动船舶模型参数不确定的路径跟踪问题, 设计了神经网络稳定自适应控制器. 首先应用微分同胚等效变换和Lyapunov直接法设计参考航向和参考速度, 然后对船舶模型参数不确定的操纵环路和推进环路分别设计神经网络稳定自适应控制器跟踪参考航向和参考速度, 并对外界风浪流干扰进行自适应补偿.Lyapunov稳定性分析证明了船舶路径跟踪闭环系统的所有误差信号一致最终有界. 仿真研究验证了神经网络稳定自适应路径跟踪器的有效性.     

欠驱动RTAC系统的自适应耦合控制器设计

针对欠驱动(Rotational/translational actuator, RTAC)系统, 设计了一种基于能量分析的自适应控制器. 相比其他控制方法, 该控制策略可根据系统响应情况对平移振荡器质量等系统参数进行在线估计. 具体而言, 首先分析了RTAC系统的总能量; 随后, 在此基础上构造了一个新颖的Lyapunov函数, 从而得到了一种自适应耦合控制器, 采用投影算子作为更新律以确保估计参数在预设的界内并保证系统的收敛性; 最后, 采用Lyapunov方法及LaSalle不变性原理证明了闭环系统的稳定性. 通过数值仿真验证了所提控制器的有效性, 结果表明所提自适应控制器具有良好的控制性能.     

具有性能约束的欠驱动系统分层滑模控制北大核心CSCD

针对具有性能约束的二阶欠驱动系统的跟踪控制问题,提出了自适应鲁棒滑模控制策略。首先,利用约束转化方程将带有状态性能约束的系统转化成无约束系统,通过引入预设性能方程可以同时保证系统的动态性能和稳态性能满足预设目标;然后,针对转化后的无约束系统设计了自适应分层滑模控制策略,并通过Lyapunov方法严格地证明了控制系统的稳定性并获得了自适应律;最后,通过小车倒立摆对比仿真实验证明了控制器的有效性和优越性。     

欠驱动三维桥式吊车系统自适应跟踪控制器设计

针对三维桥式吊车系统的欠驱动特性, 设计了一种目标轨迹自适应跟踪控制器. 相比其他常规的三维桥式吊车控制器, 它不需要对吊车模型进行任何近似解耦或线性化处理, 并且考虑了系统所受的摩擦力与空气阻力等干扰. 在负载质量和吊绳绳长等发生变化或存在不确定因素的情况下, 它依然能实现对台车的精确定位与负载摆动的有效抑制. 对于闭环系统的稳定性, 文中通过Lyapunov方法和芭芭拉定理对其进行了理论分析, 随后的实验结果也表明了这种自适应跟踪控制器良好的控制性能和对不确定性因素的适应性.     

欠驱动船舶神经网络自适应路径跟踪控制

针对模型参数未知的欠驱动船舶路径跟踪问题,将神经网络技术与反演设计法相结合,提出一种神经网络稳定自适应控制方法。首先根据运动学误差方程和线性变换确定辅助的前进速度和艏摇角,然后利用神经网络逼近技术对模型中任意不确定因素进行补偿,设计自适应控制律,使得实际的前进速度和艏摇角分别收敛到辅助值。应用Lyapunov函数证明了船舶路径跟踪闭环系统的误差信号最终一致有界。仿真结果表明,利用设计的控制律可以迫使欠驱动船舶跟踪曲线和直线路径,并且具有较强的鲁棒性。     

欠驱动无人水下航行器三维轨迹跟踪的反步控制

针对欠驱动无人水下航行器(underactuated unmanned underwater vehicles,UUVs)三维轨迹跟踪控制问题,本文有别于传统反步法中基于视线法设计姿态角误差变量的思路,提出了一种定义虚拟速度误差变量的反步控制器设计方法,能够有效避免传统反步法控制律设计时存在的奇异值问题,简化了传统反步法复杂的计算过程;设计了欠驱动UUV的三维轨迹跟踪控制器,给出了系统的误差方程,基于Lyapunov稳定性理论证明了系统在定常外界扰动下的鲁棒性和稳定性;仿真结果表明本文提出的UUV三维轨迹跟踪反步控制方法收敛、有效,能够实现欠驱动UUV对时变三维轨迹的精确跟踪控制.     

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...     

基于稳定性分析的一类欠驱动系统的滑模控制器设计

从稳定分析的角度提出了一种欠驱动系统的新型滑模控制方法．该方法将各个子系统的一个变量进行组合定义成一个中间变量，然后从这个中间变量出发构造滑模函数，通过求取总的控制量保证中间变量在有限时间内收敛到平衡点；进一步利用LaSalle不变性原理证明该收敛域内只有一个平衡点且是渐近稳定的．仿真实验进一步验证了该结论．     

基于自适应Backstepping的欠驱动AUV三维航迹跟踪控制

为了实现欠驱动自治水下机器人（AUV）三维航迹跟踪控制,基于非完整系统理论分析了AUV缺少横向推进器时的欠驱动控制系统特性,并验证了欠驱动AUV存在加速度约束不可积性.基于李亚普诺夫稳定性理论,利用自适应Backstepping设计连续时变的航迹点跟踪控制器,以抑制外界海流的干扰.仿真实验表明,所设计的控制器能实现欠驱动AUV对一序列三维航迹点的渐近镇定,并且航迹跟踪的精确性和鲁棒性明显优于PID控制.     

一类新的PPA型三连杆欠驱动机器人的控制策略

PPA型机器人是一类新型的三连杆欠驱动机械系统,具有3个自由度,但只有1个驱动装置.针对这类欠驱动机器人的运动控制,提出一种分区的控制策略,使之从垂直向下的位置摇起到垂直向上的位置,并实现稳定控制.首先,将系统的运动空间划分为摇起区和吸引区;其次,应用一种基于Lyapunov函数的控制方法来增加系统能量和控制驱动杆姿态,实现摇起操作;再次,采用最优控制方法设计平衡控制,实现稳定的平衡控制;最后,通过仿真实验验证了所提出控制方法的有效性.     

欠驱动基准系统的约束控制

针对一种欠驱动基准系统,具有旋转激励的平移振荡器(translation oscillators with rotating actuator,TORA)系统,本文首次提出了一种具有约束的控制方法.该方法不仅可以保证闭环系统的稳定性,而且能够保证旋转小球在预设的范围内转动.相比已有控制方法,本文所提方法可以预设小球的转动范围以避免不理想的"循环"行为.具体而言,首先对系统的总机械能进行了详细分析;随后在其总机械能的基础上通过能量整形构造出一个新颖的能量函数;最后基于所构造的能量函数提出了一种具有约束的控制器,采用Lyapunov方法及La Salle不变性原理证明了相应闭环系统的稳定性.通过与已有方法进行仿真对比可知,本文方法在镇定控制与约束控制方面均表现出良好的控制性能.     

一类非线性跟踪系统的自适应控制及神经网络的设计方法

本文针对一类非线性系统，给出了非线性不同情况下此类非线性连续时间自适应控制方案及神经网络控制方案，由于在这种方案中控制法律的选择都是基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论，都能够解决这类非线性系统的跟踪问题，并使整个环控制系统具有渐近稳定和参数渐近收敛特性，克服了许多神经网络控制系统中存在的稳定性问题，文中最后对两各发进行讨论及仿真。     

单舵轮AGV路径跟踪控制器设计北大核心CSCD

路径跟踪是AGV的关键技术之一,是AGV平稳高效运行的保证。单舵轮AGV是一种常见的结构形式,现有的路径跟踪算法大多复杂度较高,难以满足实际应用的需求。文中针对单舵轮AGV的运动特点及结构特征构造了运动学模型,分析了路径跟踪问题的实质。利用Lyapunov直接法,通过构造函数得到使系统渐近稳定的控制律,并且以导航传感器返回的与预定路径的误差作为输入变量,以舵角的偏转角度作为输出变量,设计出单舵轮AGV的路径跟踪控制器。考虑到车身长度与实际运动过程中AGV舵角摆动频率对控制效果的影响,在控制器中加入了模糊控制的思想。结果表明该算法简单有效,实现了AGV对路径跟踪的要求,提高了AGV的运动性能,取得了理想的应用成效。     

一类欠驱动系统的控制方法综述

近年来欠驱动系统已经成为机器人与自动控制领域的研究热点之一,本文对一类欠驱动系统(欠驱动连杆系统)的控制方法的研究状况进行了综述.首先给出了欠驱动系统的动力学模型,并介绍了2种基本控制模式;随后,对其主要的控制方法,包括最优控制方法、运动规划法、部分反馈线性化方法、能量(无源)方法、变量降维法、分级控制设计方法及智能控制方法,展开了分析与讨论;在此基础之上,对欠驱动连杆控制系统设计存在的抗干扰性、实用性及快速性等主要问题进行了简要分析,并就今后的研究方向进行了展望,如鲁棒策略、饱和控制与有限时间控制等.     

形状自适应欠驱动三关节机器人手指设计

根据欠驱动原理研制的三指10个自由度的机器人手爪具有驱动元件数量少、抓取物体范围广泛等优点．在欠驱动手爪的4个主要机构中,欠驱动手指对抓取物体具有被动柔顺和形状自适应的特性．首先对三关节欠驱动手指机构进行静力学分析,提出合理的设计目标和约束条件;然后根据设计目标,采用遗传算法得到手指机构的各个关节连杆尺寸和抓取物体时的特殊构形,使得在抓取给定物体时各关节指面的接触力达到均匀分布,得到高效的力传递和更加紧凑的机构尺寸．     

欠驱动桥式吊车系统自适应控制

针对桥式吊车这类非线性欠驱动系统, 提出了一种基于耗散理论的自适应控制器. 它能够有效地抑制运输过程中负载的摆动, 并将其快速准确地运送到指定的位置. 相比其他吊车控制系统, 这种控制器无需准确测量台车和负载质量以及吊绳长度, 可以根据系统响应情况来对这些参数进行在线估计, 这将极大地方便控制器在实际吊车系统中的推广应用. 对于闭环系统的稳定性, 文中通过李雅普诺夫理论及拉塞尔不变性原理进行了证明, 仿真结果也证实了这种自适应控制器能够对吊车系统进行良好的控制.     

欠驱动船舶的运动规划和全局指数跟踪控制

针对目前欠驱动船舶航迹跟踪控制难以实现跟踪任意可行航迹问题,提出一种运动规划方法。利用多项式拟合,并结合船舶动力学模型,通过离散期望点规划出操作性可实现的全部期望姿态。同时,为实现欠驱动船舶的航迹快速跟踪控制,提出一种全局指数航迹跟踪控制律。引入微分同胚变换,建立两个级联的子系统构成的航迹跟踪误差动态方程;基于反步法的设计原理,运用Lyapunov直接方法对变换后的误差系统设计了全局指数航迹跟踪控制律。仿真结果验证了所提出的全局指数航迹跟踪控制律能够有效实现跟踪任意可行航迹。