多机器人系统的编队路径跟踪控制

介绍了一种多机器人系统的编队路径跟踪控制方法。首先将非完整约束机器人的动态方程转化为跟随者和领航员间相对运动模型,克服了非完整约束机器人结构奇异的缺点。随后将滑模控制方法应用于多机器人系统中,分别设计了领航员跟踪希望路径的滑模控制律和跟随者跟踪领航员的滑模控制律。算例仿真表明了应用本文介绍的编队路径跟踪控制律,各机器人能够较快地形成希望的编队,并按希望队形跟踪希望路径。仿真结果验证了此控制方法的有效性。     

纵向打滑状态下轮式移动机器人轨迹跟踪控制

针对轮式移动机器人纵向打滑状态下滑动参数未知的轨迹跟踪控制问题,提出了一种轨迹跟踪控制方法。建立了纵向打滑状态下移动机器人的运动学模型,用滑动 参数表示左右轮的打滑程度;设计合适的滑模观测器对未知的滑动参数进行估计,并通过低通滤波器减少抖振对估计结果产生的影响;基于Lyapunov直接法设计轨迹跟踪控制律,并提出了一种根据控制系统的极点分布确定控制参数的方法。仿真结果验证了所提方法的准确性和有效性。     

基于领航-跟随法的多机器人编队控制

编队控制是多机器人系统研究的核心问题之一,具有广泛的研究价值。针对编队问题,通过对轮式差分驱动机器人运动模型进行分析,并设计相应的控制器。在传统的领航-跟随模型上,引入“虚拟机器人”,将跟随者机器人对领航者机器人的轨迹跟踪转换为跟随者对“虚拟领航者”的轨迹跟踪。首先,预设定实际领航者机器人的行进路径,由实际领航者引导运动方向的运动轨迹被视为主轨迹,虚拟机器人通过数据产生参考点从而生成参考轨迹,跟随者机器人通过对参考轨迹的跟踪与“虚拟领航者”构成轨迹误差跟踪系统。然后通过Lyapunov的控制理论验证控制器的理论可行性,最后在MATLAB/Simulink仿真平台进行实验,通过改变控制参数来使机器人形成相应的期望队形,在较短的时间内,跟随机器人对参考轨迹的跟踪误差趋向于0且速度收敛,验证了编队系统的可行性。     

具有避障的机器人集群系统分布式编队控制

针对具有线性二阶积分运动学模型的机器人集群系统,基于机器人之间的相对状态信息设计了分布式编队控制器.通过变量替换,将机器人集群系统的编队问题转换为一致性控制问题,推导得到了机器人集群系统实现期望编队队形的充分性条件.利用人工势场函数的方法,设计了具有避障功能的机器人编队控制器.最后,仿真实验证明,机器人集群系统实现编队并能够避免与障碍物发生碰撞.     

基于领航跟随法的多AUV编队控制算法研究

针对已知路径下基于领航者的多自主水下机器人(AUV)编队队形控制问题,提出了一种AUV路径控制和编队协调控制相结合的新型编队控制器。其中,AUV的路径跟踪控制采用反步滑模控制器,将AUV位置、姿态和时变速度跟踪转化虚拟速度控制,使AUV能达到期望的位置、速度等,避免了反步控制中的奇异值问题,并能够很好实现不确定的模型的控制,同时又提高了跟随者协同定位精度;在路径跟踪控制基础上,编队协调控制器将领航者与跟随者的位置误差控制转化为跟随者的速度误差控制,使跟随者能快速达到期望位置,从而使所有AUV实现期望的队形并保持。仿真实验对该控制策略进行了可行性验证,结果表明,该算法提高了编队的响应速度、控制精度和稳定性;再应用3台AUV进行了湖上试验验证,证明了该控制策略的有效性,能有效应用到实际中。     

一种基于虚拟力的多机器人编队控制系统

针对多机器人协同控制问题,采用Zigbee无线通信系统,设计了基于局部信息存储的黑板通信方式,将领航-跟随算法与虚拟力法相结合,定义了基于距离与速度分量的虚拟力,通过引入随机发生函数、变排斥力反馈控制算法,解决了多机器人自组织协作中瘫痪死锁、决策冲突的问题,构建了三台两轮差速驱动的小型移动智能体物理实现平台。仿真结果及移动机器人实体实验证明了该方法的有效性和可行性。     

多移动微小型机器人编队控制与协作避碰研究

针对多移动微小型机器人系统的协作避碰和队形保持,给出了一种分布式的编队控制方法。结合移动微小型机器人的运动控制模型,提出了一种路径规划方法,使其在运动中实时避免碰撞。在此基础上利用李雅普诺夫(Lyapunov)法设计了一种编队控制器。在有界误差范围内,该控制器能够保证多机器人的轨迹跟踪和协作避碰。通过将编队控制转化为跟踪整个队形质心的轨迹,降低了控制的复杂度,从而可以较好地应用到计算资源有限的多移动微小型机器人中。通过仿真、分析和对比,对以上控制方法的稳定性和可行性进行了验证,并进行了实际的编队和避碰控制实验。实验结果表明该方法可有效地应用于多移动微小型机器人的协作避碰和编队控制。     

基于领导者和跟随者编队的轮式机器人系统设计

为提高机器人应对复杂环境的能力,群机器人系统应运而生,即设计多个简单的机器人,通过机器人之间的相互协作完成复杂的任务.设计了一种基于领导者和跟随者编队的轮式监控机器人系统.该系统由领导者监控机器人、跟随者机器人和上位机组成.机器人携带有各种传感器获取环境温度、空气质量以及周围环境等信息,在发生危险时及时通知使用者.使用...     

基于领导者和跟随者编队的轮式机器人系统设计CSCD

为提高机器人应对复杂环境的能力,群机器人系统应运而生,即设计多个简单的机器人,通过机器人之间的相互协作完成复杂的任务。设计了一种基于领导者和跟随者编队的轮式监控机器人系统。该系统由领导者监控机器人、跟随者机器人和上位机组成。机器人携带有各种传感器获取环境温度、空气质量以及周围环境等信息,在发生危险时及时通知使用者。使用者通过上位机控制领导者机器人运动,跟随者机器人利用携带的摄像头获取领导者机器人的位置,再通过PID算法实现跟随。整个系统通过机器人的编队协作提高了其运动的高效性、灵活性和鲁棒性。     

Second order sliding mode control for a quadrotor UAV

A method based on second order sliding mode control (2-SMC) is proposed to design controllers for a small quadrotor UAV. For the switching sliding manifold design, the selection of the coefficients of the switching sliding manifold is in general a sophisticated issue because the coefficients are nonlinear. In this work, in order to perform the position and attitude tracking control of the quadrotor perfectly, the dynamical model of the quadrotor is divided into two subsystems, i.e., a fully actuated subsystem and an underactuated subsystem. For the former, a sliding manifold is defined by combining the position and velocity tracking errors of one state variable, i.e., the sliding manifold has two coefficients. For the latter, a sliding manifold is constructed via a linear combination of position and velocity tracking errors of two state variables, i.e., the sliding manifold has four coefficients. In order to further obtain the nonlinear coefficients of the sliding manifold, Hurwitz stability analysis is used to the solving process. In addition, the flight controllers are derived by using Lyapunov theory, which guarantees that all system state trajectories reach and stay on the sliding surfaces. Extensive simulation results are given to illustrate the effectiveness of the proposed control method.     

Optimal second order sliding mode control for linear uncertain systems

In this paper an optimal second order sliding mode controller (OSOSMC) is proposed to track a linear uncertain system. The optimal controller based on the linear quadratic regulator method is designed for the nominal system. An integral sliding mode controller is combined with the optimal controller to ensure robustness of the linear system which is affected by parametric uncertainties and external disturbances. To achieve finite time convergence of the sliding mode, a nonsingular terminal sliding surface is added with the integral sliding surface giving rise to a second order sliding mode controller. The main advantage of the proposed OSOSMC is that the control input is substantially reduced and it becomes chattering free. Simulation results confirm superiority of the proposed OSOSMC over some existing.     

禽蛋工业化腌制温度控制方法设计

为提高禽蛋腌制的工业化水平,确保腌制液温度稳定和产品品质,以禽蛋腌制温度控制为研究对象,设计了一种温度控制系统.该温度控制系统主要包括腌制箱、电加热炉、温度传感器和调压模块等.利用调压模块改变电加热管功率进而调整炉水温度,通过换热器调节腌制装置内部腌制液的温度.基于三阶滑模变结构设计了一种温度控制器,引入辅助变量项构建三阶微分动态方程,可消除传统滑模控制存在的抖振问题.仿真和试验结果表明,与常规 PID 控制相比,三阶滑模控制在稳定性、超调量和调节时间等方面均具有一定优势.腌制温度更加平稳,温度调节更加迅速,温差比较小,实际温度和设定温度之间的偏差小于 ０.５℃ .     

双边遥操作系统二阶滑模控制器设计

一阶滑模控制方法由于需要大的带宽和高频切换信号,以及处理系统的参数不确定和强非线性,在双边遥操作的工程应用中难以推广。针对上述问题,将二阶滑模控制和阻抗控制联合起来,设计了大时延下的控制结构,并利用全维状态观测器对主从手机械臂的加速度、速度进行了观测,实现了双边遥操作系统的鲁棒平滑控制;在此基础上,分析了加入观测器后整个系统的闭环稳定性,给出了稳定性定理,并用李雅普诺夫函数方法进行了证明;最后分两种时延情况对闭环系统进行了仿真。实验结果表明,该方法可以使系统具有了较好的稳定性能。     

船用天然气发动机电子节气门自适应高阶滑模控制

针对船用天然气发动机电子节气门非线性控制问题以及高阶滑模控制存在的边界难以估计问题,提出了一种基于高阶滑模理论的节气门自适应控制算法,设计了基于系统相平面轨迹收敛过程的自适应策略,为了增加控制算法的实用性,在自适应策略的基础上设计了检测区域,通过判断系统状态与该区域的相对位置双向调节控制增益,以防止增益过大而导致控制精...     

PMSM的新型分数阶滑模调速控制系统设计

针对永磁同步电机（PMSM）转速控制系统中存在稳态误差和抖振程度大的问题,设计了一种新型分数阶滑模转速控制器来代替传统滑模转速控制器。通过研究分数阶控制相关理论,与一般的指数趋近率函数相结合,设计了一种新型分数阶趋近率,并将传统的符号函数取代为反正切三角函数。采用扩展状态观测器来估计系统的总扰动的误差,并得到精确的转子速度信息;用Lyapunov稳定性判据证明了方案的可行性;最后在相同电机参数下,根据PMSM系统控制框图搭建仿真模型并仿真,同时与传统滑模控制的性能指标进行对比。实验结果证明,采用新型分数阶滑模控制器的电机系统可以快速响应,增强抗干扰能力和系统稳定性,鲁棒性更好。     

Composite fuzzy sliding mode control of nonlinear singularly perturbed systems

This paper deals with the robust asymptotic stabilization for a class of nonlinear singularly perturbed systems using the fuzzy sliding mode control technique. In the proposed approach the original system is decomposed into two subsystems as slow and fast models by the singularly perturbed method. The composite fuzzy sliding mode controller is designed for stabilizing the full order system by combining separately designed slow and fast fuzzy sliding mode controllers. The two-time scale design approach minimizes the effect of boundary layer system on the full order system. A stability analysis allows us to provide sufficient conditions for the asymptotic stability of the full order closed-loop system. The simulation results show improved system performance of the proposed controller as compared to existing methods. The experimentation results validate the effectiveness of the proposed controller.