一类多自由度欠驱动手臂机器人的控制策略

针对多自由度欠驱动手臂机器人提出一种模糊逻辑控制、模糊变结构控制和线性二次调节控制相结合的控制策略。首先用模糊逻辑控制实现快速平滑地摇起,然后用模糊变结构控制确保从摇起区进入平衡区,最后用线性二次调节方法平衡它。     

基于组合非线性反馈技术的机器人控制方法

为解决机器人跟踪控制中响应速度和超调量之间的矛盾,实现快速的响应和较小的超调,研究了机器人非线性动力学与组合非线性反馈技术相结合的控制策略,提出了一种基于组合非线性反馈的机器人控制器.该控制器由两部分组成,一部分由完全的机器人非线性动力学补偿来实现反馈线性化,另一部分由组合非线性反馈技术实现镇定.通过反馈线性化技术与Lyapunov理论,证明了闭环系统的渐近稳定性.同时,把组合非线性反馈理论拓展到多输入多输出(MIMO)饱和线性系统的时变轨迹跟踪控制,利用非线性项的变阻尼特性,使得系统的动态响应快速且没有超调.仿真结果证实了此方法的有效性.     

欠驱动搬运机器人轨迹跟踪控制

目的为了解决欠驱动搬运机器人的中心和质心不重合的轨迹跟踪问题。方法建立非完整性约束的欠驱动机器人的运动学和动力学的模型,基于反步法控制策略生成新的虚拟反馈量,设计跟踪控制器,同时,利用自适应技术对具有不确定跟踪控制器的参数进行校正,通过Lyapunov理论验证控制器的稳定性。结果仿真实验结果表明,欠驱动搬运机器人的实际轨迹可以快速地跟踪期望轨迹,验证了基于反步法设计的跟踪控制器的可行性和有效性。结论设计的控制器能够使搬运移动机器人达到良好的轨迹跟踪效果,并且保证了控制器的自适应性。     

基于自适应模糊补偿的不确定性机器人CNF控制

为解决不确定性因素对机器人系统的影响,实现不确定性机器人系统准确跟踪参考输入的能力,研究了自适应模糊控制和组合非线性反馈(CNF)控制相结合的策略。提出了一种基于自适应模糊补偿的机器人CNF控制器。核心是将系统的不确定性利用自适应模糊控制进行在线逼近,作为CNF控制器的补偿项,充分利用两种控制方法的优势,降低不确定性因素对系统性能的影响。通过反馈线性化技术与Lyapunov理论,证明了闭环系统的收敛性;最终仿真结果证实了此方法的有效性。     

带躯干变刚度双足机器人的周期行走控制

研究了带躯干双足机器人平面稳定行走控制问题。改进传统的弹簧-质点模型,得到带躯干的双足机器人模型,通过控制髋关节施加力矩和改变弹簧腿的刚度,使得系统收敛到期望步态。针对系统模型的非线性和强耦合特征,采用反馈线性化方法将系统的动力学模型转化成线性系统,采用PD控制和P控制对机器人的躯干倾角和髋关节轨迹进行整体控制。在理论分析的基础上,对控制方法进行了数值仿真研究。仿真结果表明：该文采用的反馈线性化和变刚度控制方法可以实现带躯干双足机器人的稳定行走;与基于时间轨迹的控制方法相比,该文基于空间轨迹的控制器对各种外力干扰具有良好的抵抗能力;控制器对躯干的倾角变化具有适应性;当模型不确定时控制器表现出优异的鲁棒性。     

基于曲率控制的球形移动机器人路径跟踪

基于曲率的控制方法,对非完整约束条件下的欠驱动球形机器人进行了路径跟踪问题的研究.建立了非完整约束条件下具有正交的两输入球形机器人的运动学和动力学模型,并通过输入变换得到一个两输入的二阶系统.基于非线性滑模控制方法分别设计了横向姿态控制器和纵向速度控制器.提出了一种曲率控制器,实现了球形机器人的路径跟踪.仿真和实验结果表明,系统的运动状态能够收敛到期望的邻域内,验证了控制方法的有效性.     

一种柔索并联机器人的动力学建模与主动控制

柔索并联机器人采用柔索代替连杆作为机器人的驱动元件，它结合了并联结构和柔索驱动的优点。500m口径大射电望远镜（FAST）粗调系统是通过六根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的六自由度运动，其工作特点类似并联机器人，因此也被看作柔索并联机器人。基于FAST5m缩比实验模型，首先进行了逆运动学分析；其次，采用拉格朗日方程建立了柔索并联机器人的逆动力学模型；最后，针对结构特点模拟作用在馈源舱上的随机风荷，设计了用模糊控制器自动调整免疫系统反馈规律的免疫PID控制器来控制馈源轨迹跟踪的风振响应。数值结果验证了该主动控制策略能够有效衰减风荷振动，从而提高了馈源轨迹跟踪精度。     

姿态受控柔性臂空间机器人的自适应神经网络容错控制及残振抑制

针对执行器发生部分失效故障的漂浮基姿态受控柔性臂空间机器人系统,研究了执行器故障的容错控制及柔性臂杆残余振动的主动抑制。结合假设模态法、线动量守恒定理和第二类拉格朗日方程建立了系统的动力学微分方程。基于奇异摄动理论将系统分解为一个表征载体姿态与关节轨迹跟踪的慢变子系统和一个表征柔性臂杆残余振动的快变子系统;据此设计了由慢变子系统的自适应神经网络容错控制器与快变子系统的线性二次型最优调节器组成的复合控制器;其中,慢变子系统的容错控制器使得系统对执行器故障不敏感,保证了跟踪误差的渐进收敛;快变子系统的最优调节器可以有效地抑制柔性臂杆引起的残余振动,减少能量损耗。对比数值仿真校验了理论推导的正确性与复合控制策略的可行性。     

并联驱动电液系统振动控制策略研究

针对并联驱动电液系统的内力耦合问题,建立了振动系统的动力学模型,分析了干扰耦合的产生原因。利用自由度分解实现了多个激振器的独立控制,通过内力反馈解耦控制消除系统在运行过程中产生的耦合内力。在此基础上,利用三状态控制器对系统进行加速度闭环控制,改善系统的动态特性;通过引入前馈逆模型控制策略拓展系统频宽,利用并联驱动电液试验台对振动控制策略进行实验验证,试验结果证明提出的控制策略能够提高振动控制精度。     

基于反步法与参考模型的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制

针对欠驱动四旋翼飞行器的姿态和位置控制问题,提出一种基于反步法与参考模型的自适应滑模控制器设计方法。首先,对四旋翼飞行器进行动力学建模,对结构上进行了重构后将系统分解为全驱动通道和欠驱动通道。进而,以滑模变结构控制理论为基础,针对欠驱动子系统,利用反步控制方法推导出滑模控制面,设计其控制律。而对于全驱动子系统,利用参考模型推导出滑模控制面,设计其控制律。并通过李雅普诺夫稳定性理论验证了系统的稳定性。最后,通过Matlab对基于此控制算法的控制器进行仿真。仿真结果表明,在系统存在参数不确定性和外部干扰的情况下,该方法也能实现四旋翼飞行器的轨迹跟踪,并具有较好的稳定性。     

基于微分几何方法的磁悬浮微动平台的非线性控制

微分几何理论是分析和解决多变量耦合非线性控制系统的有效工具,本文将微分几何理论引入到磁悬浮平台控制中,对磁悬浮微动平台进行了状态反馈精确线性化研究,实现了磁悬浮微动平台悬浮和水平驱动两个子系统的精确线性化.仿真及实验结果均表明,这种解耦控制方法从根本上消除了竖直方向上的运动对水平方向驱动力的影响,该方法具有很好的线性化效果,优于传统DQ分解加泰勒级数展开的控制方案.     

基于微分几何法的非线性分数阶悬架主动控制

现有主动悬架的研究主要以线性弹簧和线性阻尼组成的悬架系统为研究背景,但油气悬架、空气悬架和磁流变悬架等实际悬架不仅具有非线性特性,而且同时具有黏弹性材料的特点。因此含有非线性刚度和分数阶阻尼的悬架模型能更准确地描述悬架的动力学性能。针对含有三次方非线性刚度及分数阶阻尼的二自由度1/4汽车悬架模型进行研究,利用Oustaloup滤波器算法对悬架系统中的分数阶微分进行近似计算,分别采用PID控制器和基于微分几何理论反馈线性化的LQR控制器对该悬架系统进行主动控制。结果表明,基于PID控制器的主动悬架和基于反馈线性化LQR控制器的主动悬架都能有效提高汽车悬架的舒适性和稳定性,其中反馈线性化LQR主动控制效果明显优于PID控制。     

任意圆轨道上磁性刚体航天器的混沌姿态运动及其控制

研究在地球万有引力场和磁场中具有结构内阻尼的磁性刚体航天器在圆轨道上平面天平动的混沌行为及其控制。应用Melnikov方法建立了系统存在横截导宿环的条件。分别采用Poincare映射、功率谱和Lyapunov指数等数值方法对系统动力学行为进行识别。建立输出变量反馈线性比控制律及其局部线性化将混沌姿态运动控制为给定的不动点和周期运动。     

A robust hybrid fuzzy–simulated annealing–intelligent water drops approach for tuning a distribution static compensator nonlinear controller in a distribution system

This article presents a novel hybrid optimization approach for a nonlinear controller of a distribution static compensator (DSTATCOM). The DSTATCOM is connected to a distribution system with the distributed generation units. The nonlinear control is based on partial feedback linearization. Two proportional-integral-derivative (PID) controllers regulate the voltage and track the output in this control system. In the conventional scheme, the trial-and-error method is used to determine the PID controller coefficients. This article uses a combination of a fuzzy system, simulated annealing (SA) and intelligent water drops (IWD) algorithms to optimize the parameters of the controllers. The obtained results reveal that the response of the optimized controlled system is effectively improved by finding a high-quality solution. The results confirm that using the tuning method based on the fuzzy-SA-IWD can significantly decrease the settling and rising times, the maximum overshoot and the steady-state error of the voltage step response of the DSTATCOM. The proposed hybrid tuning method for the partial feedback linearizing (PFL) controller achieved better regulation of the direct current voltage for the capacitor within the DSTATCOM. Furthermore, in the event of a fault the proposed controller tuned by the fuzzy-SA-IWD method showed better performance than the conventional controller or the PFL controller without optimization by the fuzzy-SA-IWD method with regard to both fault duration and clearing times.     

Control of a 2-DOF manipulator with a flexible forearm

In this paper we present experimental results on the position and vibration control of the end-effector of a 2-DOF parallelogram manipulator with a flexible forearm. A dynamic model of the manipulator is first obtained. Control strategies are implemented to control the manipulator. The first control strategy uses the computed torque method based on a reduced-order dynamic model of the manipulator which is obtained by assuming that all the links are rigid. This method is referred to as the reduced-order computed torque (ROCT) method. Experimental results demonstrate that such a strategy is not good for vibration control of the end-effector of the manipulator. The second control strategy is a state feedback control law designed based on a local linearization of the nonlinear dynamic model. Experimental results show that this control strategy achieves good vibration control of the end-effector of the manipulator. However, since the strategy is based on local linearization, it is valid only in a neighbourhood of the operating point. A hybrid controller that uses the ROCT method for the initial large movement of the manipulator is then implemented. Based on a switching rule, the controller is switched to the state feedback controller based on the linearized model when the manipulator is sufficiently close to the equilibrium state. Experimental results are reported and the successful performance of the controller in dampening out end-point vibrations is demonstrated.     

卫星姿态滑模变结构控制的广义逆方法

对于卫星姿态滑模变结构控制问题,文献[1]提出了反馈线性化方法,但在病态情形中给出的确定逆矩阵方法涉及一个参数,如果参数过大,则控制精度较差;如果参数过小,则控制能量消耗较大.针对这一问题本文提出了利用广义逆矩阵求解控制律的方法,这种方法不仅控制精度高,而且能够大幅度地节约控制能量.     

Rehabilitation of the Parkinson's tremor by using robust adaptive sliding mode controller: a simulation study

One of the efficient methods in controlling the Parkinson''s tremor is Deep Brain Stimulation (DBS) therapy. The stimulation of Basal Ganglia (BG) by DBS brings no feedback though the existence of feedback reduces the additional stimulatory signal delivered to the brain. So this study offers a new adaptive architecture of a closed‐loop control system in which two areas of BG are stimulated simultaneously to decrease the following three indicators: hand tremor, the level of a delivered stimulation signal in the disease condition, and the level of a delivered stimulation signal in health condition to the disease condition. One area (STN: subthalamic nucleus) is stimulated with an adaptive sliding mode controller and the other area (GPi: Globus Pallidus internal) with partial state feedback controller. The simulation results of stimulating two areas of BG showed satisfactory performance.Inspec keywords: bioelectric phenomena, diseases, variable structure systems, brain models, biomedical electrodes, adaptive control, closed loop systems, state feedback, feedback, neurophysiology, brain, robust controlOther keywords: DBS, additional stimulatory signal, adaptive architecture, closed‐loop control system, hand tremor, delivered stimulation signal, disease condition, health condition, partial state feedback controller, Parkinson''s tremor, robust adaptive sliding mode controller, simulation study, efficient methods, Deep Brain Stimulation therapy, Basal Ganglia     

关于一类不确定非线性系统的鲁棒控制

对于一类同时具有匹配不确定性和非匹配不确定性的非线性系统,结合反馈线性化理论、矩阵不等式、李亚普诺夫稳定性理论和变结构控制,提出了一种鲁棒控制器的设计方法,使得闭环系统是渐近稳定的.