基于自适应模糊的旋转弹反演滑模控制律设计

针对旋转弹药模型具有非线性、强耦合和参数不确定性等特点,建立了考虑不确定因素的非线性控制模型,提出一种基于自适应反演和滑模控制理论的旋转弹体姿态控制律。基于Lyapunov稳定性理论,利用反演控制和滑模变结构理论取虚拟控制量作为滑动模态,设计了姿态控制器;基于模糊控制方法较强的逼近能力,引入自适应模糊控制实现对不确定参数的估计,同时通过对切换增益的模糊逼近解决了滑模面的抖振问题。仿真结果表明,所设计的控制律具有较好的稳定性和鲁棒性,该控制模型和控制器的设计合理可行。     

挖掘机器人的模型与自适应模糊滑模控制

为实现挖掘机器人的自动挖掘,在挖掘机器人的轨迹规划器给出铲斗期望运动轨迹的情况下,需要挖掘机器人的控制系统能够控制其工作装置实现对给定轨迹的准确跟踪.利用拉格朗日方法建立了挖掘机器人工作装置的三自由度动力学方程,设计了自适应模糊滑模变结构控制器.利用模糊控制动态调节切换增益,将滑模控制的切换项转化为连续的模糊系统,增强了控制系统对挖掘机器人工作装置不确定性和外界干扰的鲁棒性,削弱了滑模控制的抖振现象,并且有较强的自适应跟踪能力.利用MATLAB7.4/Simulink工具箱对所设计的控制器进行了仿真,给出了自适应模糊滑模控制的跟踪性能及误差.     

基于自适应滑模控制的四轮全向移动机器人轨迹跟踪方法研究

针对四轮全向移动机器人动力学模型参数的不确定性以及外部扰动的影响,为提高其轨迹跟踪控制性能,提出了一种基于自适应滑模的四轮全向移动机器人轨迹跟踪控制方法。首先,基于驱动电机参数建立了机器人的动力学模型,在此基础上设计了一种自适应滑模轨迹跟踪控制器;其次,通过低通滤波器滤除轨迹跟踪控制器输出端的高频信号,同时为实现机器人动力学参数的在线估计,提出了一种参数自适应控制算法并利用RBF神经网络实时调整轨迹跟踪控制器的切换增益,以减小系统的抖振;最后,为验证所述方法的有效性,采用MATLAB进行了仿真实验。仿真结果表明,基于自适应滑模控制的四轮全向移动机器人轨迹跟踪方法可以较好地降低参数变化、外部扰动对系统的影响,能够减小系统的抖振,具有较好的抗干扰能力。     

新型八轮腿复合移动机器人动力学分析与控制

为了满足应急救援系统对移动机器人速度和地形适应能力的要求,设计了新型的八轮腿移动机器人。结构方面,机器人通过改变两副轮腿夹角实现姿态调整,并通过抬高轮腿结构实现越障,以此来提高地形通过能力。控制方面,利用劳斯方程建立机器人动力学模型,在利用滑模控制实现机器人轨迹跟踪过程中,为减小稳态误差,滑模控制的切换函数采用了积分形式;为了避免切换增益过大带来的抖振,利用积分增益实现切换增益的自调整。由仿真结果可知,机器人轨迹跟踪误差能以较小的超调和较快的速度趋近零。     

移动焊接机器人滑模控制研究

分析了移动焊接机器人的运动学模型,给出了切换函数和滑模控制器的实现过程,利用李亚普诺夫函数论证了系统的稳定性.软件仿真结果表明,针对焊接机器人这类高度非线性和不确定性系统,设计的滑模控制器能达到较好的控制品质且有效的减少了系统抖振问题.     

基于模糊滑模控制的工业机器人运动不确定性分析

针对工业机器人运动学和动力学不确定性的问题,在分析工业机器人运动学和动力学模型的基础上提出了一种模糊滑模变结构控制方法。基于滑模变结构控制原理设计了一种工业机器人滑模变结构控制器。采用模糊逻辑系统补偿运动不确定性造成的跟踪误差,以提高跟踪精度,消除系统"抖振"的影响,并利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性。最后基于二自由度工业机器人进行了仿真分析,仿真结果表明:在机器人运动参数无法精确确定的情况下,模糊滑模控制器仍具有较好的跟踪性能、快速响应特性和鲁棒性。     

多关节机器人反馈线性化双模糊滑模控制

为了提高多关节机器人轨迹跟踪控制性能,提出了一种反馈线性化双模糊滑模控制方法。该方法在对机器人非线性动力学模型反馈线性化的基础上,设计了一种双模糊滑模控制器。通过设计一个模糊控制器,根据跟踪误差和误差变化率自适应地调整滑模面的斜率,从而加快响应速度。通过设计另一个模糊控制器,根据滑模面自适应地调整滑模控制的切换控制部分,从而减弱抖振。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。针对空间三关节机器人进行了仿真实验,结果表明了所提方法的有效性。     

基于运动微分方程的搬运机器人姿态控制器设计

搬运机器人在工作过程受到外界环境干扰的影响,姿态难以平衡,为此设计一种基于运动微分方程的机器人姿态控制器。根据机器人两轴之间的约束关系计算角速度和线速度,构建动力学模型;从运动控制、状态监测等分析控制器功能需求,将硬件部分分为主控芯片、姿态检测和电机驱动等模块,选择适宜的芯片和传感器,满足抗干扰要求;利用运动微分方程确定机器人的可行姿态,形成姿态约束;采用遗传算法选择最优个体,多次迭代后获取最佳姿态控制参数,实现自动控制。实验结果表明,该控制器能够保证机器人搬运过程中具有较强的自平衡能力,在外界环境干扰下,控制器仍能确保机器人姿态快速恢复平稳。     

轮式移动焊接机器人输出反馈线性化控制

针对目前基于运动学模型的焊缝跟踪控制已经不能满足焊缝跟踪的高精度要求的问题,以一种后两轮差速驱动的5自由度轮式移动焊接机器人为对象,给出其动力学模型及其输出反馈线性化的过程,并提出一种基于此动力学的轮式移动焊接机器人路径跟踪控制方法。建立轮式移动机器人具有非完整力学系统形式的动力学模型,并推导出对应的状态反馈精确线性化模型。在此线性化模型基础上,考虑机器人动力学模型参数的不确定性,利用滑模变结构控制方法来设计动力学控制规律,选取线性切换函数和指数趋近律,设计滑模变结构控制器。并利用Lyapunov稳定性理论证明系统的稳定性且跟踪误差收敛,满足了移动机器人的轨迹跟踪要求,且具有设计方法简单、鲁棒性强的特点。通过仿真验证所提控制律的有效性和正确性。     

基于AMESim的动压缸电液伺服压力控制系统积分滑模自适应控制

 根据轨道路基测试装置工作原理,建立了动压缸电液伺服压力系统AMESim模型和数学模型。基于期望变量构造了积分滑模控制切换函数,设计积分滑模控制器使切换函数收敛来实现对期望变量的跟踪,同时采用参数自适应估计来减小参数不确定性对系统控制性能的影响,最后将积分滑模自适应控制作用于该系统AMESim模型上。仿真结果表明：该算法不仅可以快速有效地估计系统中参数,保证估计参数的有界收敛,而且可以很好地跟踪期望变量,具有较好的跟踪精度和抗干扰能力。     

一种双倾斜式全驱动六旋翼无人机的建模与控制

常规旋翼无人机大都采用共线设计,只能产生竖直方向的推力,极大地限制了旋翼无人机在涉及物理交互任务时的应 用。 针对此问题,研究了一种双倾斜式全驱动六旋翼无人机,采用旋翼转轴非共线的设计方法,可以实现位置与姿态的独立控 制。 提出了一种抑制抖振的改进型积分滑模控制器,并与 PID 控制器、积分反演控制器和传统积分滑模控制器进行对比。 仿真 结果表明,所提出的改进型积分滑模控制器能够实现旋翼无人机位置与姿态的独立控制,并能够有效克服自身模型参数的不确 定性以及外部的风场扰动完成定点悬停与复杂的轨迹跟踪。 实物样机实验结果表明,该设计的全驱动旋翼无人机在长距离横 向运动时能够保持水平姿态, 俯仰角和滚转角误差控制在±2°以内。     

Sliding mode control with PID sliding surface and experimental application to an electromechanical plant

In this study, a sliding mode control system with a proportional+integral+derivative (PID) sliding surface is adopted to control the speed of an electromechanical plant. A robust sliding mode controller is derived so that the actual trajectory tracks the desired trajectory despite uncertainty, nonlinear dynamics, and external disturbances. The proposed sliding mode controller is chosen to ensure the stability of overall dynamics during the reaching phase and sliding phase. The stability of the system is guaranteed in the sense of the Lyapunov stability theorem. The chattering problem is overcome using a hyperbolic function for the sliding surface. Experimental results that are compared with the results of conventional PID verify that the proposed sliding mode controller can achieve favorable tracking performance, and it is robust with regard to uncertainties and disturbances.     

Design of a fuzzy-sliding mode controller for a SCARA robot to reduce chattering

To overcome problems in tracking error related to the unmodeled dynamics in the high speed operation of industrial robots, many researchers have used sliding mode control, which is robust against parameter variations and payload changes. However, these algorithms cannot reduce the inherent chattering which is caused by excessive switching inputs around the sliding surface. This study proposes a fuzzy-sliding mode control algorithm to reduce the chattering of the sliding mode control by fuzzy rules within a pre-determined dead zone. Trajectory tracking simulations and experiments show that chattering can be reduced prominently by the fuzzysliding mode control algorithm compared to a sliding mode control with two dead zones, and the proposed control algorithm is robust to changes in payload. The proposed control algorithm is implemented to the SCARA (selected compliance articulated robot assembly) robot using a DSP (digital signal processor) for high speed calculations.     

双臂空间机器人捕获航天器后的镇定运动分块滑模自适应神经网络控制

讨论了双臂空间机器人捕获航天器后闭链混合体系统姿态和关节的受扰运动镇定控制及双臂协调操作问题。根据冲量定理及闭环约束条件,分析了双臂空间机器人捕获操作结束后受到的冲击效应,建立了闭链混合体系统动力学方程。以此为基础,针对星载计算机运算能力有限的问题,基于神经网络控制理论设计了分块滑模自适应控制方案。将混合体系统动力学方程考虑为多个非线性关联子系统的集合,因此可同时并行地利用神经网络来分别逼近各子系统未知动力学模型,即通过并行处理来提高计算效率。设计了自适应滑模控制器来抵消交联项及神经网络逼近误差的影响。为了保证各臂杆的协同操作,基于最小权值范数法分配了各臂关节控制力矩。通过系统数值仿真验证了所提控制方案的有效性。     

机械臂任务空间鲁棒Terminal滑模控制

不确定性和外部干扰是制约机器人控制精度的主要因素,传统Terminal滑模控制方法未能考虑机械臂运动学不确定性。提出一种新的机械臂任务空间鲁棒连续非奇异Terminal滑模跟踪控制方法。该方法具有较强的鲁棒性,能够有效克服运动学不确定性、动力学不确定性和外部干扰,保证机械臂任务空间跟踪误差有限时间稳定,将现有机械臂Terminal滑模控制方法从关节空间扩展到任务空间。通过模型转换,同时考虑机械臂运动学不确定性和动力学模型不确定性。使用矢量和矩阵范数定义,给出系统不确定性的界定方法。运用Lyapunov再设计方法和有界稳定理论,分析系统稳定性,明确给出系统调节时间和跟踪误差剩余集的估计方法。仿真中,通过与现有机械臂关节空间Terminal滑模跟踪控制方法比较,验证了所提方法的有效性。     

Design and analysis of a new AUV’s sliding control system based on dynamic boundary layer

The new AUV driven by multi-vectored thrusters not only has unique kinematic characteristics during the actual cruise but also exists uncertain factors such as hydrodynamic coefficients perturbation and unknown interference of tail fluid,which bring difficult to the stability of the AUV’s control system.In order to solve the nonlinear term and unmodeled dynamics existing in the new AUV’s attitude control and the disturbances caused by the external marine environment,a second-order sliding mode controller with double-loop structure that considering the dynamic characteristics of the rudder actuators is designed,which improves the robustness of the system and avoids the control failure caused by the problem that the design theory of the sliding mode controller does not match with the actual application conditions.In order to avoid the loss of the sliding mode caused by the amplitude and rate constraints of the rudder actuator in the new AUV’s attitude control,the dynamic boundary layer method is used to adjust the sliding boundary layer thickness so as to obtain the best anti-chattering effects.Then the impacts of system parameters,rudder actuator’s constraints and boundary layer on the sliding mode controller are computed and analyzed to verify the effectiveness and robustness of the sliding mode controller based on dynamic boundary layer.The computational results show that the original divergent second-order sliding mode controller can still effectively implement the AUV’s attitude control through dynamically adjusting the sliding boundary layer thickness.The dynamic boundary layer method ensures the stability of the system and does not exceed the amplitude constraint of the rudder actuator,which provides a theoretical guidance and technical support for the control system design of the new AUV in real complex sea conditions.     

Improving tracking performance of industrial SCARA robots using a new sliding mode control algorithm

This paper addresses the implementation of a new sliding mode control algorithm for high speed and high precision tasks, which is robust against variations in the robot parameters and load. The effects of nonlinear dynamics, which are difficult to model accurately, become prominent in high speed operations. This paper attempts to treat the nonlinear dynamics of a SCARA robot as a disturbance. Based upon this approach, a new sliding mode control algorithm is proposed, in which a switching control input can be obtained easily and is determined to satisfy the existence condition for sliding mode control. A graphic simulator is used to evaluate the proposed algorithm for a SCARA robot. Simulation results show that the proposed algorithm is robust against disturbances and can reduce the magnitude of chattering, which is an unavoidable problem in sliding mode control. Experiments are carried out to validate the simulated results with an industrial SCARA robot using DSPs.