基子DSP的开关磁阻电机控制系统研究

根据微步控制理论，设计了基于DSP的四相开关磁阻电机的驱动控制系统。本文首先对功率变换器及其驱动、电流检测、位置检测和系统电源等硬件电路进行设计，最后搭建以TMS320LF2407为控制核心的开关磁阻电机控制系统。实验表明这种控制策略控制简单，能够在低速下有效地抑制开关磁阻电机的转矩脉动。     

一种3自由度并联柔索驱动柔性操作臂的建模与控制

以一种3自由度并联柔索驱动机器人为研究对象,研究这种并联柔性系统的控制规律。考虑到运动描述的唯一性及易测性,取约束关节的位置作为广义关节变量,用以描述操作臂的运动状态。在此基础上分析了操作臂的运动学和静力学关系,建立了并联柔性系统的动力学模型。然后,以轨迹控制为目标,分别基于刚性模型和柔性模型设计控制器,并对系统的性能进行分析和仿真。结果表明:基于刚性模型控制器的性能较差,而基于柔性模型的奇异摄动方法则可以获得较好的控制效果。     

柔性连接双驱龙门在三元控制架构下的前馈控制器参数整定

柔性连接的双驱龙门系统可以有效避免关节应力集中的问题，同时柔性连接与刚性运动之间的耦合作用给系统的运动控制提高了难度。对柔性连接双驱龙门系统在前馈+反馈+干扰观测器三元控制架构下的前馈控制器参数整定进行研究，提出基于数据驱动的控制器参数优化方法，在系统模型未知的情况下，通过测量系统的输入输出数据，离线优化控制参数。根据柔性连接双驱龙门系统的控制架构，提出一种基于误差的控制性能指标函数，求解代价函数相对于待优化的控制器参数的梯度形式。基于梯度解析式，结合柔性连接双驱龙门系统的传递函数，合理设计梯度试验，通过测量闭环试验输入输出数据的方式，进行梯度的无偏估计。基于误差相对于控制器参数的无偏估计，求解黑塞矩阵，合理设计迭代更新步长，通过牛顿法迭代更新控制器参数，并证明在一定条件下估计的梯度具有无偏性。通过MATLAB/Simulink软件仿真，验证了梯度试验设计的合理性和迭代反馈整定方法在柔性连接双驱龙门系统中应用的有效性。     

柔性基、柔性关节空间机械臂的动力学与改进奇异摄动控制

采用线性伸缩弹簧、线性扭转弹簧来分别描述基座及关节柔性,并在此基础上经由线动量守恒原理、拉格朗日第二类建模方法,建立了姿态受控柔性基、柔性关节空间机械臂的动力学模型。将柔性补偿思想与奇异摄动理论相融合,推导了可分别表示系统刚性运动、基座与关节柔性运动的慢、快变子系统,并提出一种由协调运动慢变控制和基于高阶快变状态观测器的最优控制所组成的改进奇异摄动控制方案。与传统奇异摄动控制方案相比,所提改进控制方案可有效避免对系统高阶快变状态量进行实时地测量和反馈,且可适于具有较大关节柔性的柔性基、柔性关节空间机械臂的控制。仿真实验结果表明了所提方案在轨迹跟踪控制、基座与关节柔性振动抑制上的有效性。     

自动化生产线上柔性次品剔除系统研究

设计了一种柔性次品剔除系统.该系统包括多气缸的气压装置和PLC控制装置,设计出了柔性次品剔除装置的基本结构,并分析了它的工作原理;同时给出了气压控制系统的控制回路及其电气原理图.通过实际项目的研究表明,该系统能够完成自动化生产线上次品剔除,并且不会对分离的次品造成损坏.     

绳驱动柔性机器人运动学建模及主从控制研究

针对目前组装式绳驱动柔性机器人存在的装配复杂、控制精度差与刚度低等问题，提出了一种用于狭小空间探测的超冗余绳驱动柔性机器人。首先，设计了一种通过卯榫连接的绳驱动柔性机械臂，基于常曲率假设，利用MATLAB软件建立了该机器臂的运动学模型，并对其工作空间与绳长变化量进行了仿真分析；然后，分别设计了基于上位机软件界面和增量映射模型的主从控制方法；最后，搭建了单关节的柔性检测机器人系统样机平台，并通过旋转弯曲与负载弯曲试验，对所建模型和控制策略进行了验证。研究结果表明：新构型柔性机器臂可以解决柔性机器人刚度较低的问题，其运动特性明显优于芯柱型柔性机器人，其负载能力达到250 g时，末端位置的控制误差小于8%,满足柔性机器人的控制需求。     

一种抗冲击柔性关节的设计及仿真分析

针对机械臂工作环境的动态变化以及人机交互安全性问题,设计了基于被动柔顺结构和主动柔顺控制的抗冲击柔性关节。在关节电机和负载之间加入串联弹性驱动器,并且设计了一种新型扭转弹性体作为弹性元件来代替传统扭簧。建立了柔性关节动力学模型,基于关节的多传感器感知能力制定了阻抗控制策略,最后对关节虚拟样机进行ADAMS/Simulink联合仿真来验证控制策略的可行性,结果表明该柔性关节具有良好的力顺应性和抗冲击特性,可以实现与环境之间的安全交互。     

基于期望动力学的柔性关节控制器设计

协作机器人具有灵活,安全特点,已广泛应用于自动化领域以及中小企业中。为了保证与人交互的安全性,协作机器人通常采用中空电机与中空减速器配合的设计方案,以降低关节转动惯量,从而获得良好的外力感知与控制能力,这种设计导致协作机器人的关节具有了柔性。针对具有柔性关节的轻量级协作机器人,设计了一种基于期望动力学的柔性关节控制器,提高柔性关节机器人的轨迹跟踪精度和抖动抑制能力。在具有谐波减速器和力矩传感器的柔性关节上,基于连杆侧位置反馈与关节力矩反馈实现了从经典的电机侧控制到连杆侧控制的转变,并借助储存函数建立李雅普诺夫函数证明了该控制器的无源性与渐近稳定性。最后,通过Simulink仿真与单关节实验平台的关节轨迹追踪实验验证了柔性关节控制器的性能,结果显示其与全状态反馈控制相比具有关节力矩波动小、抖动抑制快以及轨迹跟踪误差小等优点。     

欠驱动柔性机器人的动力学建模与耦合特性

运用有限元法,建立具有柔性杆的欠驱动机器人的动力学一般模型。以此模型为基础,分析系统的主动与被动关节的加速度耦合和被动关节与驱动力矩的动力学耦合效应,并针对欠驱动柔性机器人,提出柔性杆弹性变形分别与主动关节、被动关节动力学耦合的新指标。将欠驱动柔性机器人的被动关节加速度耦合和力矩耦合仿真结果与刚性系统相比较,在某个驱动器位置,柔性系统得到较大的耦合值,说明此时柔性系统更加有利于能量的传递,体现了杆件的弹性变形对系统动力学特性的影响。同时,数值仿真还表明这些动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计、位形设计、驱动装置位置及系统控制都具有重要意义。     

基于DSP的开关磁阻电机控制系统研究

根据微步控制理论,设计了基于DSP的四相开关磁阻电机的驱动控制系统,本文首先对功率变换器及其驱动、电流检测、位置检测和系统电源等硬件电路进进设计,最后搭建以TMS3201F24017为控制核心的开关磁阴电机近制系统,实验表明这种控制策略控制简单,能够在低速下有效地抑制开关磁阻电机的转矩脉动.     

气动柔性球关节的模糊PID控制

介绍了新型气动柔性球关节，讨论了其控制方法。综合模糊控制和PID控制的特点。设计了针对气动柔性球关节的模糊PID控制器，实现对球关节弯曲角度、偏转方向等系统参数的动态控制。实验结果表明，模糊PID控制可以实时准确地对气动柔性球关节进行控制。设计的控制系统可以作为气动柔性球关节的有效控制系统，用于进行相关研究。     

基于RTDS的MMC-HVDC系统联调试验装置设计及验证

该文介绍了一种应用于柔性直流输电控制保护系统联调的试验装置,并将试验装置在RTDS实时仿真系统进行试验验证,对试验过程中出现的直流母线电压波动问题进行研究,提出在RTDS仿真系统内部对单相上下桥臂进行同步处理。试验结果验证,经过同步化处理,系统直流母线电压的波动现象消失,证明了试验装置设计的可行性,满足柔性直流输电控制保护系统的联调要求。     

开关磁阻电动机直接瞬时转矩控制系统的设计与仿真

针对开关磁阻电动机转矩脉动问题,将直接瞬时转矩控制方法应用于开关磁阻电动机的转矩控制。基于四相8/6极开关磁阻电动机,给出了其速度控制系统的设计。在Matlab/Simulink环境下,利用基本模块建立了开关磁阻电动机的直接瞬时转矩控制仿真模型。为了实现转矩的反馈,构建了转矩、电流和位置之间的二维表T(i,θ)。最后,结合速度PID控制器,对开关磁阻电动机的直接瞬时转矩方案进行了仿真研究。研究结果表明,直接瞬时转矩控制能有效地减小转矩脉动,而且能够提升开关磁阻电动机的动、静态工作性能,对开关磁阻电动机是一种有效的控制方法。     

建筑钻孔机器人的振动与控制研究

针对建筑机器人在钻孔过程中由于钻头偏移引起振动的问题,对柔性关节机器人模型、钻削力、时延控制等进行了研究。提出了一种因钻头偏移而引起钻削力波动的理论,并引入PD_TDC控制方法来控制机器人的位姿来减少钻头偏移量,从而减少了振动;利用拉格朗日动力学方法,建立了柔性关节的机器人系统;利用动态前角的方法,建立了钻削力模型;基于Matlab/Simulink建立了三自由度特定位姿的平面进给机器人的仿真模型;利用PD_TDC控制方法,对进给过程中的转角偏移进行了快速的补偿。研究结果表明:该方法可以有效减小各关节转角的偏差,减小钻头偏移角度以及钻削力的变化范围,有效抑制振动,提高了孔的加工质量。     

未知环境下柔性二连杆机械臂的自适应阻抗控制

针对机器人与环境接触作业的需求,基于假设模态法建立了刚柔耦合动力学模型,并考虑环境参数不精确干扰,设计了自适应阻抗控制器,分析了其稳定条件。在MATLAB/Simulink中搭建了可对柔性机械臂进行自适应阻抗控制的仿真平台,计算了平面内二连杆柔性机械臂在含有三角形凹陷环境表面的接触运动和柔性变形模态。对比分析了刚性和柔性机械臂位控和力控效果及自适应项对控制响应的影响。基于Staubli机器人展开了实验。结果表明：柔性变形会使得机械臂的位控和力控效果变差;自适应阻抗控制会改善控制响应,对环境不确定具有鲁棒性。设计的自适应阻抗控制可实现柔性机械臂在不规则表面的稳定接触和运动。     

手术机器人及操纵杆控制装置的设计与实现

主要研究一种多自南度手术辅助机器人系统，并重点阐述了一个新型的多自由度关节型机器人示教方式，即操纵杆控制系统。该控制系统可以完全控制机器人末端执行器的空间位置和姿态，方便医生进行更直接、安全的操纵。通过试验验证，操纵杆控制系统适合作为手术辅助机器人的“手把手”示教装置。     

适应于水下抓取作业柔性臂的设计与试验研究

传统关节式水下作业机械臂存在作业灵活性受限、控制复杂等不足，为此，文中提出并研发了一种适应于水下作业、柔索驱动的柔性机械臂。通过采用对角线耦合轮系驱动，实现了一个电机控制两根驱动钢丝，并减少实际所需电机的数量；采用几何分析法建立了柔性臂驱动绳长、关节弯曲角度与末端位姿的运动学关系，并建立柔性臂运动学模型；采用MATLAB软件进行手臂运动仿真，得到柔性臂的仿真姿态与工作空间；通过ADAMS软件对柔性臂进行运动仿真，验证了算法的可行性，确定了手臂关节的最优尺寸。制造出实物样机，对其手臂动作灵活性、柔顺性进行测试，完成了气密性试验和水密性试验，并成功在水下环境对目标物进行抓取，验证了柔性臂机械系统结构的可靠性和可行性。该柔性臂不仅能满足水下环境抓取作业需求，还可以应用于各种受限空间、危险场景的抓取和检测作业。     

具有外部扰动的参数未知漂浮基柔性空间机械臂的对角递归神经网络控制

讨论载体位置和姿态均不受控情况下,存在外部扰动的参数未知漂浮基柔性空间机械臂系统关节运动的动力学控制问题。由假设模态法,利用拉格朗日方法建立漂浮基柔性空间机械臂的系统动力学方程。以此为基础,针对存在外部扰动和系统参数未知的情况,利用对角递归神经网络逼近柔性空间机械臂系统的逆动力学模型,设计基于对角递归神经网络的控制方案,以控制柔性空间机械臂的关节铰跟踪在关节空间的期望运动轨迹,同时能抑制柔性杆的振动。该方案由于没有专门设计主动控制器抑制柔性振动,因此不需要测量、反馈柔性振动模态,大大简化控制器的结构;无需预知控制对象的精确模型和系统参数,且能克服外部扰动的影响。计算机数值仿真证实所提方案的有效性和可行性。     

气动柔性球关节的位姿测量系统研究

基于新型气动人工肌肉提出了一种气动柔性球关节,介绍了气动柔性球关节的结构原理;重点讨论了针对该球关节的位姿测量系统原理及位姿计算方法;给出了实验结果并进行分析,表明设计的位姿测量系统是准确适用的.     

电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析

面向输电系统检测及维护作业的自动化,提出并设计了一种可以在电力铁塔表面自由移动的五自由度双臂关节式攀爬机器人,以期代替人工完成危险的高空攀爬检测作业任务.该电力铁塔攀爬机器人机构紧凑,左右机构对称,创新采用直线推杆机构实现两臂张合功能,此机构可良好支撑机器人双臂,相比传统关节设计采用的大转矩电机直驱方式,大幅度降低了对驱动电机的转矩要求.建立了机构CAD模型.进行了静力学分析,并在动力学仿真软件Adams软件环境下进行仿真.通过和电机直驱关节方法比较,分析和仿真结果均表明采用直线推杆机构可减小驱动电机转矩.样机试验结果表明电力铁塔攀爬机器人系统的设计组成原理合理,系统方案成功可靠.