双连杆机械臂自抗扰控制器设计

针对双连杆机械臂非线性耦合系统,对2个关节分别设计了自抗扰控制器,运用自抗扰控制技术中的扩张状态观测器对系统进行动态补偿线性化,从而实现了2个关节的解耦控制.通过适当选择自抗扰控制器的控制参数,实现了机械臂的精确轨迹跟踪控制,仿真结果证明了自抗扰控制器的有效性和较强的鲁棒性,为机械臂的轨迹跟踪控制提出了新的思路.     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于自适应模糊滑模的柔性机械臂控制

针对柔性关节机器人控制系统中存在的扰动力、摩擦力、参数变化以及建模误差等导致的控制器精度降低、鲁棒性差的问题,提出了1种基于自适应模糊滑模的鲁棒控制器.控制器由2部分组成,控制器的计算力矩和前馈补偿部分用于控制系统的标称部分,即机器人自身结构相关量、确定性扰动以及摩擦力的线性部分;控制器的自适应模糊滑模部分用于克服系统存在的不确定部分,包括外界不确定性扰动、摩擦力的非线性部分、参数变化以及建模误差等.最后在HIT四自由度柔性机械臂上进行了控制器的相关实验.实验结果表明该控制器具有良好的位置跟踪性能和较强的抗干扰能力.     

电驱动机械臂的自抗扰鲁棒哈密顿跟踪控制

针对永磁同步电机驱动机械臂系统的位置跟踪问题提出了自抗扰控制与哈密顿控制相结合的鲁棒控制策略。首先,建立了考虑不确定性的电气子系统和机械子系统模型,依据独立关节控制思想将模型转化为单电机驱动单关节的端口哈密顿结构;其次,设计级联扩张状态观测器估计机械子系统的总扰动,设计控制律实现期望位置鲁棒跟踪的同时简单有效地获取到期望的q轴电流I~*_qi;最后,基于系统哈密顿结构设计互联和阻尼配置哈密顿控制器与H_∞控制器相结合的鲁棒哈密顿控制器,实现对电流的高精度鲁棒跟踪,并通过适当改进H_∞的引入时机改善了初始控制输入过大的问题。与电驱动机械臂系统无模型自抗扰控制的仿真对比结果验证了所提控制方案的有效性,级联ESO与传统ESO相比,关节位置跟踪精度提升了0.003 rad,改进的鲁棒哈密顿控制器与哈密顿控制器相比关节位置跟踪精度提升了0.005 rad,电流跟踪精度显著提升,改进H_∞的引入时机使初始控制输入显著降低。     

双连杆柔性机械臂的轨迹控制

对双连杆柔性机械臂的奇异摄动模型,分别采用滑模控制方法和H∞优化方法设计了慢变和快变子系统的控制器,并进行了数值仿真.     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

机械臂协调操作柔性负载鲁棒神经网络控制

针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振动的快变子系统.基于反演思想在慢变子系统中设计鲁棒神经网络控制策略,实现系统轨迹跟踪性能;针对快变子系统,设计鲁棒最优控制策略抑制系统的弹性振动.仿真研究结果表明,该控制策略增强了系统的跟踪性能和鲁棒性.     

机械臂协调操作柔性负载自适应模糊滑模控制

基于奇异摄动理论研究了机械臂协调操作柔性负载系统有限元模型的分解及控制问题。通过双时标变换将复杂的协调系统动力学模型分解成慢变子系统和快变子系统。针对慢变子系统,在其存在不确定性上界未知的情况下,设计了自适应模糊滑模控制器,以完成系统的轨迹跟踪性能;针对快变子系统,考虑到系统参数摄动等影响,设计了鲁棒最优控制器,以抑制系统的弹性振动。仿真结果验证了所设计控制方法的有效性。     

双连杆柔性机械臂的奇异摄动控制

本文中采用奇异摄动方法将双连杆柔性机械臂系统分解为慢变和快变两个子系统，分别采用滑模控制方法和极点配置方法设计慢变和快变子系统的控制器，并进行了数值仿真。     

柔性机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制

对多连杆性机械臂的轨迹跟踪控制提出了一种鲁棒控制方法，基于奇异摄动法将多连柔性机械臂系统分离为慢变和快变两个子系统，对两者分别采用滑模变结构控制和Ｈ＾∞控制，由此得出的组合控制使系统精确跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动，并且使由非线性机械结构引起的结构不确定性和由弹性变形引起的非结构不确定性及外扰具有较强的鲁棒性，最后通过仿真实验说明其有效性。     

磁悬浮系统自抗扰广义预测控制

针对负载扰动以及轨道“台阶”现象可能导致磁浮列车失稳的问题,将自抗扰广义预测控制（LADRC-GPC）理论引入磁浮列车悬浮系统,设计了一种新型悬浮控制器。控制器采用分层控制策略,内层利用扩张状态观测器(ESO)对系统进行动态补偿,得到被控对象的受控自回归滑动平均模型(CARMA) ,降低了对被控对象数学模型的依赖程度。外层以内层控制为被控对象,采用广义预测控制（GPC）对系统进行动态优化控制,提高了控制器的跟踪性。通过仿真和实验与PID控制算法、线性自抗扰控制（LADRC）算法比较,结果表明:自抗扰广义预测控制算法具有较好的跟踪性与鲁棒性,在较大负载扰动时仍能保持较小的误差。     

自抗扰控制在循环流化床锅炉床温控制中的应用

床温是循环流化床锅炉燃烧控制系统中的一个重要指标.它的稳定与否直接影响着锅炉的燃烧效率和污染物排放速率.在燃烧过程中,它具有时变性、大惯性和大滞后的特点.针对这一问题将自抗扰控制算法应用于循环流化床锅炉床温控制,并将仿真结果与PID控制方法的仿真结果进行了比较.研究表明:ADRC在超调量、调节时间上均优于常规PID方法...     

基于自抗干扰的装配机器人阻抗控制技术

为了提升机器人装配作业的精确性和柔顺性,提出改进型自抗扰阻抗控制策略.该策略通过自抗扰控制器生成新期望力来调整机器人末端工具坐标系的位置,实现精确的力跟踪.通过扰动观测器观测环境信息并补偿控制系统的期望力,提高控制系统对环境参数的适应性.引入阻抗模型改进扰动观测器,使观测器的响应速度增大,力跟踪的精度提高.基于六自由度机器人的精密轴孔装配实验结果表明,与传统阻抗控制相比,基于自抗扰控制（ADRC）的阻抗控制能够在较小的接触力误差下完成装配,且基于改进型自抗扰控制的阻抗控制的力平均误差比改进前自抗扰控制减小12.0%～28.2%.     

一种多变量自抗扰控制结构的设计研究

自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC)不依赖于被控系统的完全模型,采用扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对系统的内扰和外扰进行实时估计,因而能取得较为理想的抗干扰效果。对于多变量系统,分散ADRC可以将通道之间的耦合看成扰动,通过各自通道的ESO进行估计。对于强耦合的多变量系统,分散ADRC可能不能及时消除耦合。本文提出一种多变量型ADRC控制结构,将静态解耦引入到ADRC控制器设计中,从而能充分利用系统已知动态特性,实现更好的解耦。采用所提方案对循环硫化床锅炉燃烧系统设计多变量ADRC控制方案,仿真结果表明该控制器具有很好的解耦性和鲁棒性。     

补偿因子可调逆变器电压外环线性自抗扰控制

为了提高微电网逆变器在参考电压变化和负载扰动下输出电压的暂态性能,提出将补偿因子视为可调参数的线性自抗扰控制（LADRC）策略. 通过建立同步旋转坐标系下的微电网逆变器模型,结合电流环比例调节器,设计以输出电压为状态变量的二阶LADRC;利用根轨迹和频域特性曲线分析补偿因子对系统稳定性、动态性能和抗干扰能力的影响,为补偿因子的调节提供理论依据;在此基础上给出LADRC和电流调节器控制参数的设计过程;并进行对比仿真和实验. 仿真分析和实验结果表明：通过适当减小补偿因子可以加快电压响应速度,减小超调,提高系统抗负载扰动能力.     

基于自适应的自抗扰控制技术提高扰动隔离度

针对扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统的扰动观测值存在相位滞后的问题,提出了一种基于扰动频率自适应的自抗扰控制的新方法,并在直线型倒立摆装置中进行了实验验证。实验结果表明:本文方法解决了扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统的扰动观测值存在相位滞后的问题;在2 Hz以内随机扰动的作用下,对比传统状态反馈控制器,它将扰动隔离度至少提高了7.85 d B,同时,自抗扰控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在15%的范围内浮动。     

自抗扰控制器的动态参数整定及其应用

将带动态参数整定的非线性状态观测器ESO引入自抗扰控制器中,重新设计自抗扰控制器,并提出一种自抗扰控制器参数整定方法,总结出自抗扰控制器的调节规律,以解决自抗扰控制器参数难以整定这类问题。针对具有严重参数不确定性、多扰动以及大迟延的电厂主汽温被控对象进行控制系统设计及仿真研究,结果表明,自抗扰控制器的强鲁棒性和抗干扰性使得汽温控制系统在不同负荷下均表现出很好的调节品质。