6-TPS并联机构非线性PID自适应控制

为了对并联机构实施闭环控制,设计了6自由度动平台的位形检测装置,并以动平台的位形误差及其微分、积分构造系统被控制量。针对并联机构普遍存在难以准确表示的非线性因素的问题,提出预估校正法,分析这些因素对机构性能的影响,确定它们可能的形式,从而将它们处理成具有可变参数的因素。利用动平台的位形误差和可变参数的预估误差构造李雅普诺夫函数,以机构系统满足稳定性条件为准则,导出可变参数的预估值和机构输入的自适应控制律,使系统具有自动调节结构参数的能力和渐近稳定的动态性能。     

自适应控制策略在并联机构上的应用

利用并联机构的动力学模型，对自适应算法在并联机构上的控制效果进行了理论及其实际实验的研究。分别采用经典PD算法和基于计算力矩的自适应控制算法对实际的并联机构进行轨迹跟踪控制。实验结果表明。无论在低速或高速的情况下。自适应算法都能够获得具有更好的位置跟踪性能的高速高精度运动，并且运动过程更加平稳。     

平面并联机构的自适应控制方法研究

针对并联机构的动力学模型有很强的非线性,模型参数不易获得,基于运动学的控制或PID闭环控制方法适应性差、精度低的不足,提出了一种以计算力矩结构为基础的改进的自适应控制方法,利用驱动铰的理想值进行逆动力学计算,在驱动空间上计算反馈力矩。在分析一个平面冗余链并联机构的动力学模型后,给出了几种算法的对比实验结果,实验结果表明,所提出方法能获得更小的跟踪误差,具有更好的适应性。     

虚拟轴机床并联机构的自适应动态滑模运动控制

虚拟轴机床系统模型复杂难以准确建立,高速加工时存在强烈干扰且不确定,难以实际实现高性能控制,为此,提出一种新型自适应动态滑模控制方法,用于虚拟轴机床并联机构运动控制。通过构建新型动态切换函数,设计二阶动态滑模控制,以解决采用常规等效控制设计的滑模控制系统,因忽略执行机构快变动力学特性等而导致控制系统品质降低甚至不稳定的问题,同时避免滑模抖振的出现;引入自适应控制对虚拟轴机床加工时的外界干扰等不确定因素进行在线估计,以克服滑模控制性能需依赖于对未知干扰的先验估计的局限,增强虚拟轴机床克服高速加工时的强烈干扰的能力,进一步提高其控制性能。仿真和试验结果表明,采用自适应动态滑模控制方法,可使虚拟轴机床控制系统具有较好的自适应能力,较强的鲁棒性,良好的动态、稳态品质。     

考虑输入饱和和状态受限的九索并联机构自适应容错控制

针对一种用于月面起飞模拟的九索驱动并联机构,在考虑输入饱和和状态受限的情况下,采用基于反步法的自适应容错控制方法（Adaptive fault tolerant control,AFTC）设计九索并联机构控制器,提升索并联机构在驱动系统故障状态下的运行性能。控制器设计过程中,以乘性误差和加性误差的形式描述驱动系统故障对控制信号的影响,设计带有指令滤波器的辅助系统确保控制信号满足输入饱和条件,采用正切型界限李雅普诺夫方程（Tan-type barrier Lyapunov function,tan-type BLF）设计控制器确保动平台状态满足限制条件。仿真试验表明,基于AFTC方法设计的控制器可以有效辨识控制信号中的乘性误差和加性误差,在考虑输入饱和和状态受限的情况下,位置误差和姿态误差均可以被控制在一定范围内,同时保证控制过程中,九索并联机构索力连续变化且满足索力限制条件。     

平面并联机构的动力学建模及控制

首先介绍了并联机构的几种建模方法，然后从变分的一般原理出发推导出并联机构动力学模型。以一种平面并联冗余机构为例，给出了并联机构的控制算法，在分析其优缺点的基础上，介绍了一种改进的模糊自适应控制方法，最后给出了实验结果。验证了此方法的可行性。     

并联机构位置正解的自适应差分进化算法

根据杆长约束条件,建立求6自由度一般6-SPS并联机构位置正解的无约束优化模型,再应用差分进化(Differential evolution,DE)算法求解该问题。针对基本DE算法可能出现进化停滞或陷入局部极值区域的缺点,提出一种引入新个体的自适应策略,以增强算法全局优化性能。将引入新个体的自适应策略融入DE算法,并使用混合变异算子及基于三角函数扰动的缩放因子和交叉因子,形成自适应差分进化(Adaptive DE,ADE)算法。数值结果表明,对于一般6-SPS并联机构正运动学分析问题,ADE算法能以较少计算开销求出全部高精度位置正解。通过与基本DE算法、自适应变异粒子群算法和改进人工蜂群算法比较,验证了ADE算法的收敛精度和计算稳健性指标优于对比算法。     

自适应同步控制策略在3-PRR平面并联机构中的应用

本文以三自由度P—R—R型平面并联机构为研究对象,建立系统的动力学模型,结合同步控制和自适应控制两种控制方法的优缺点,提出了一种新颖的控制方法,称为自适应同步控制,用来提高并联机构不确定参数的跟踪精度。通过用自适应同步控制策略对被控对象进行控制仿真,其结果表明,自适应同步控制方法的跟踪效果好,精度高,系统误差小,可以满足并联机构控制的要求,能够解决机构的轨迹跟踪问题,证实了自适应同步控制策略的正确性和有效性。     

一种柔顺并联自适应机构的工作特性分析

基于柔顺并联机构的组成原理,设计构造了一种简易实用的柔顺并联自适应机构,通过该机构的伪刚体模型,推导出机构的活动自由度、耦合度以及逆向解析解,仿真分析了执行工作面在定位置下各弹簧长度变化规律和自适应运动条件下的可达工作空间,同时建立了机构的虚拟样机模型。本文的研究为柔顺并联自适应机构的工业应用提供了理论参考。     

3-SPS(RPR)并联机构神经网络自适应滑模控制系统研究

通过Sim Mechanics Link插件关联Solidworks与Matlab软件,将3-SPS(RPR)并联机构的Solidworks三维模型转换为Matlab/Sim Mechanics仿真分析模型。基于机构的Sim Mechanics模型和动力学方程,结合神经网络自适应算法,设计了一种新型滑模控制器,并通过Lyapunov函数证明了该控制器的稳定性。神经网络自适应算法的作用是实时地修正系统的不确定和非线性项参数,有效解决了滑模控制系统的抖振问题。建立机构的Matlab/Simulink系统框图并进行仿真分析,结果表明:新型滑模控制器的轨迹跟踪精度比传统滑模控制器的高,且响应速度快,鲁棒性强,从而验证了新型滑模控制器的有效性。     

基于非线性PID的冗余驱动机构控制

冗余驱动机构是一个具有容错、低速输出的特殊机构。阐述了冗余驱动机构的工作原理,对该机构进行了运动学分析。在进行无刷直流伺服电机和丝杠传动机构建模后,建立了冗余驱动机构的全闭环数学模型。在介绍线性PID基础上,设计了应用于该传动机构的非线性PID控制器。对该冗余驱动机构进行了频响试验,验证了非线性PID控制器的合理可行。     

基于非线性PID的E-CVT控制研究

通过对混联式混合动力汽车中的E-CVT结构工作原理进行分析,推导出E-CVT的动力学方程,然后分别利用非线性PID和传统PID控制理论对E-CVT中的车速和发动机转速控制目标进行跟踪控制,并且在Matlab下构建控制模型和仿真。仿真结果显示,非线性PID控制算法是有效的,在系统稳定性、响应速度、动态特性上比传统PID控制精度高,而且同PID控制算法比较,可以大大提高整车的加速性能和缩短制动时间。     

四旋翼无人机串级模糊自适应PID控制系统设计

四旋翼无人机是一种典型的欠驱动、非线性系统,这类系统要求控制参数能够跟随系统的非线性变化而自适应变化,结合模糊控制和PID控制的优点,提出一种改进型的串级模糊自适应PID控制系统,该系统由角度模糊自适应PID控制、角速度模糊自适应PID控制两部分组成。搭建该控制系统的数学模型,对角度、角速度控制的PID参数进行非线性化模糊整定,通过软件对比仿真角度单级PID控制、角度角速度串级PID控制和角度角速度串级模糊自适应PID控制三种控制策略,仿真结果表明串级模糊自适应PID控制系统的稳定性、快速性和准确性明显优于其余两种控制策略,通过实际飞行试验数据分析表明串级模糊自适应PID控制算法在四旋翼无人机控制系统上能够取得非常理想的控制效果。     

空间并联机构连续刚度非线性映射

基于影响系数法并借助虚功原理建立包含主、被动关节弹性变形,杆件及其平台自重的空间并联机构连续刚度非线性映射通用模型。空间并联机构连续刚度非线性映射通用模型与以往刚度模型区别在于,它不仅考虑了机构主动驱动关节、被动关节弹性变形及各部件重力对机构刚度的影响,而且考虑了机构刚度变化的连续过程,没有忽略机构在广义外力下变形时雅可比矩阵的变化,通过引进机构的二阶影响系数,从而使空间并联机构刚度非线性映射还原。从机构简化约束方程出发,推导空间并联机构几类连续刚度简化映射矩阵。在此基础上,结合刚度矩阵瑞利商定义了空间并联机构连续刚度性能判定指标k。最后给出一空间并联机构刚度分析实例,分别计算两种模型下的刚度矩阵,并对比两种模型下机构刚度性能。     

宏微并联机器人系统自适应交互PID监督控制

500m口径球面射电望远镜(Five hundred meter aperture spherical radio telescope,FAST)的馈源支撑与指向跟踪机构由宏微并联机器人系统构成,大跨度柔索驱动的宏并联机器人保证系统的大工作空间,精密电动缸驱动的Stewart平台作为微并联机器人保证系统的末端精度并扩展其伺服带宽。为了降低宏并联机器人的柔性对末端定位精度的影响,提出基于并联机构学原理的三维机动目标解耦跟踪预测算法,对馈源舱的运动进行跟踪预测。引入自适应交互算法解决PID参数的实时调整,设计自适应交互PID监督控制器,根据馈源舱的预测运动和馈源平台的目标轨迹产生电动缸规划级控制量。此外,在电动缸执行级采用带前馈的数字伺服滤波器实现电动缸的高精度轨迹跟踪。FAST50m缩尺模型试验表明,结合解耦预测算法对馈源舱的运动预测,自适应交互PID监督控制器效果良好,能够确保宏微并联机器人系统在以期望的跟踪速度运行时,获得完全满足控制要求的定位精度和指向精度。     

存在常见非线性环节系统PID参数的整定

在实际系统中大量存在的常见非线性对系统的性能往往造成很坏的影响。本论文通过对带有和不带有常见非线性的被控对象的控制系统进行仿真比较,总结出被控对象带有常见非线性时PID调节器的参数整定规律。对于PID调节器的工程整定具有一定的指导意义。     

基于小脑模型与PID并行的电液伺服系统控制的研究

该文将小脑模型连接控制器（CMAC）神经网络与常规PID控制并行应用于液压伺服系统中，这种并行控制算法可以有效地解决由于液压油的压缩性与泄漏，静摩擦的存在等因素引起的非线性液压系统的跟踪问题。仿真实验结果表明，经过CMAC神经网络对常规PID控制器的输出的不断在线学习，系统能够有效抑制扰动，并具有实时性好，输出误差小，鲁棒性强等优点。     

3-RPC型并联机器人模糊PID控制系统研究

基于SolidWorks和Matlab软件关联接口技术,将3-RPC型并联机器人SolidWorks三维模型转换为SimMechanics机构仿真分析模型,并分别进行传统PID和模糊PID控制系统设计。通过系统仿真实验与计算结果对比,得出模糊PID控制在并联机器人控制精度方面优于传统PID控制,且具有良好的系统稳定性。     

对含分数阶阻尼器非线性悬架的PID控制研究

对由分数阶磁流变阻尼器(分数阶Bingham模型)和非线性弹簧组成的汽车悬架系统进行PID控制研究,先建立其二自由度非线性悬架数学模型,再根据车辆的舒适性和平顺性要求设计PID控制器,在Matlab/simulink中建立非线性悬架的仿真模型,对PID控制器参数整定,并用Oustaloup逼近算法解算分数阶微积分因子,实现数值仿真。结果表明,该悬架与被动悬架相比,该悬架的平顺性和舒适性有明显的提高,说明在既含有分数阻尼器又含有非线性弹簧时,以PID控制器对悬架进行控制同样有效,对以后研究非线性悬架有一定的指导意义。