混和输入整形控制策略快速抑制机器人振动

当多模态系统中各个模态的振动幅度和共振频带宽度差异明显时,正脉冲多模态输入整形器在有效减小残余振动的同时却增加了系统响应时间,而负脉冲混合多模态输入整形方法可解决该问题。介绍了其控制策略的基本原理和一个3-DOF并联机器人,并构造6种减小该机器人前2个模态振动的负脉冲混合输入整形器。使用仿真获得了各种负脉冲混合两模态输入整形器(NHTIS)的振动响应曲线,分析了其响应时间和抑制振动的能力,并分别与正脉冲、负脉冲两模态输入整形器对比。结果表明NHTIS能在减小多模态残余振动的同时提高系统响应速度。     

负载不确定的柔性机械臂自适应自抗扰控制

为解决末端具有不确定负载的柔性机械臂的位置控制问题,设计了自适应自抗扰控制器.采用奇异摄动理论将多柔性连杆机械臂动力学系统分解为快时标和慢时标两个子系统.针对快时标子系统设计线性二次型控制器,用于快速抑制柔性连杆的振动,将快时标状态变量转移到慢流形上;针对慢时标子系统,设计自抗扰控制器,用于跟踪期望角度.针对末端负载的不确定性,采用迭代最小二乘算法估计末端负载的质量,并在自抗扰控制器中进行补偿.结果表明:末端负载的不确定量达到预估负载质量的200%时,在15 rad/s范围内,角度控制的均方差0.08 rad,明显优于不对末端负载进行补偿的情况.在末端负载和机械臂运动速度都发生变化时,所提出的自适应自抗扰控制器具有一定的鲁棒性.     

压电柔性机械臂的轨迹跟踪控制

提出一种利用压电材料对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制的方法．利用假设模态法,采用压电作动器和传感器同位配置,根据Lagrange方程建立了单连杆柔性机械臂的动力学模型;针对柔性机械臂的非最小相位特点,以刚性旋转关节的转角为控制输出、以压电作动器抑制柔性机械臂的末端振动,基于Lyapunov函数,采用PD(proportional-differential)控制策略实现了对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制．仿真结果表明,压电作动器很好地抑制了柔性机械臂末端的振动,末端的轨迹跟踪由关节驱动和压电作动共同完成,PD控制算法简单,易于工程实现．     

柔性双连杆机械臂脉冲力矩控制的数值仿真和实验研究

在刚性双连杆机械臂控制方案的基础上,提出了柔性双连杆机械臂的轨迹跟踪和振动抑制的脉冲力矩控制方案,针对竖直平面双连杆柔性机械臂进行了数值仿真和实验研究。     

柔性双连杆机械臂脉冲力矩控制的数值仿真和实验研究

在刚性双连杆机械臂控制方案的基础上,提出了柔性双连杆机械臂的轨迹跟踪和振动抑制的脉冲力矩控制方案,针对竖直平面双连杆柔性机械臂进行了数值仿真和实验研究。     

双连杆柔性臂自适应模糊滑模控制

为使控制系统在负载和杆长变化时仍能快速、准确地跟踪期望轨迹,基于奇异摄动模型将双连杆柔性臂系统分解为慢变、快变2个子系统,提出了一种慢变子系统采用自适应模糊滑模控制、快变子系统采用最优控制的混合控制方法。其中自适应算法在线估计未知参数,模糊控制用来抑制由滑模控制引起的振动。仿真结果表明,该方法不仅能实现柔性臂轨迹的快速、准确跟踪,而且能有效地抑制弹性振动,并且对系统参数的变化具有较强的鲁棒性。该方法的特点是对系统中各个等效的摄动参数分别进行自适应估计和补偿,因而控制算法简单,易于工程实现。     

机器人柔性臂的扭转振动主动控制研究

针对具有两连杆结构的空间机器人，设计了一种压电驱动器来抑制空间机器人柔性臂的扭转振动。采用拉格朗日方程和假设模态法对此机器人系统进行了理论建模，并建立了考虑随机干扰的状态空间表达式，基于随机最优控制理论设计了线性二次型高斯（LQG）状态反馈控制器。仿真结果表明，该主动控制策略能够有效衰减机器人柔性臂的扭转振动，从而提高了末端执行器的定位精度。     

输入指令整形技术在电液伺服系统中的应用

针对液压四足机器人电液伺服位置控制存在的振动问题,分析电液伺服系统特性,根据振动控制技术提出输入指令整形控制策略,研究输入整形技术在抑制机械谐振方面的作用,为该技术在液压四足机器人上的应用提供理论和现实依据.通过分析输入整形减振技术及其工作原理,设计零震荡整形器,并利用AMESim和MATLAB对电液伺服系统进行位置控制联合仿真.结果表明,输入整形技术能够抑制电液位置伺服系统中产生的机械谐振,利用电液伺服系统综合实验台验证了该控制技术的有效性.     

柔性机械臂结构控制一体化设计

综合考虑机械结构和控制器对系统性能的影响,采用结构与控制一体化设计方法对单连杆柔性机械臂系统进行了研究,同时优化设计参数包括柔性机械臂结构参数和控制器参数.为兼顾系统鲁棒性和抑制末端柔性振动性能,采用H_∞鲁棒控制器.结构设计变量的参数寻优采用智能优化算法.设计结果表明.柔性机械臂具有非均匀截面梁结构,设计的控制器对系统参数的不确定性有较好的鲁棒性.     

刚-柔耦合机械臂动力学建模及其振动抑制研究

根据假设模态法,对刚-柔耦合机械臂系统进行运动学分析;基于Lagrange方程,建立刚-柔耦合机械臂系统的动力学模型;采用滑膜变结构控制方法对刚-柔性机械臂的振动控制进行仿真研究.结果表明:一阶模态下的动力学模型即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求,滑模变结构控制能够有效地减缓柔性末端的振动,提高机械臂系统的动力学性能和精度.     

规划输入命令法消除多模态系统振动

提出了一种开环控制柔性机械臂的简单有效的方法一规划输入命令法消除多模态系的振动。对输入函数的作用时刻，大小，周期进行了研究，并进行了数字仿真。仿真结果表明对输入命令进行规划后可得到满意结果，这种方法用于闭环系统也可收到较好效果。     

柔性机械臂振动的线性二次型最优控制

为抑制柔性机械臂的弹性振动,提高定位精度,推导出单杆柔性机械臂的动力学模型并对其进行线性化,针对线性化的系统模型,采用线性二次型最优调节器对柔性机械臂末端残余振动进行控制,仿真结果表明调节器抑振作用明显.     

基于终点时刻末端误差的柔性臂迭代学习控制

针对柔性臂重复运行的情况,在仅能测量运行终点时刻末端位置的条件下,提出一种新的结合计算力矩法的迭代学习控制（ILC）方法.该方法利用柔性臂的简化动力学模型,给出各关节控制力矩的参数化表示;并依据终点时刻柔性臂末端位置的误差,通过迭代学习算法调整控制力矩的参数,实现精确到达预期末端位置的目标.算法利用ILC不依赖模型的特点,弥补计算力矩法需要精确模型的缺陷;参数的迭代学习主要起到消除模型误差和各种干扰的作用,增强算法的鲁棒性.通过理论分析给出所提算法的收敛条件.最后在柔性臂系统上进行仿真及实际试验.结果表明,所提出的ILC算法能够克服连杆柔性对柔性臂末端误差的影响,显示良好的控制效果.     

柔性机械臂振动控制研究

总结并分析了柔性机械臂动力学建模和振动控制的最新进展,建立了柔性机械臂振动控制实验系统,分别采用ＰＩＤ控制策略和线性二次型最优控制（ＬＱＲ）策略对柔性机械臂的振动控制进行了实验研究,并提出ＰＩＤ了控制与闭环反馈控制相结合的有效性。实验结果表明闭环应变反馈控制比单纯的的ＰＩＤ控制更为有效。     

基于RBF神经网络的柔性机械臂位置控制

针对复杂的柔性机械臂位置控制问题,提出一种结合极点配置技术的自适应滑模控制方法。变结构滑模应用于柔性臂的刚性运动和弹性振动抑制的控制,极点配置用以设置滑模面的极点,以获得良好的动态响应特性。利用RBF网络自适应性学习系统不确定量的上界,神经网络的输出用于自适应修正控制律的切换增益。实例仿真结果表明,该控制方法能在对机械臂位置控制的同时有效地抑制柔性臂的弹性振动,对不确定参数具有鲁棒性。     

Maneuver and vibration reduction of flexible spacecraft using sliding mode/command shaping technique

The current trend of spacecraft is to use large,complex, and light-weight space structures to achieveincreased functionality at a reduced lunch cost. Thisresults in these space structures being extremely flexibleand having lowfundamental vibration modes, and thesemodes are often excited during normal on-orbit opera-tions, such as attitude maneuvers, and so on, especial-ly, when the spacecraft attitude control system employson-off thrusters that produce discontinuous and nonlin-ear control actio…     

基于耦合滑模面的机械臂操作柔性负载系统分布参数控制

针对多变量刚柔耦合的机械臂操作柔性负载系统,提出了一种自适应滑模控制方法,研究了系统存在参数不确定性和外部干扰影响下的位置控制和振动抑制问题。系统动态特性由偏微分方程表示的分布参数模型来描述,避免了集中参数模型导致的溢出问题。基于对柔性负载的能量动态分析,设计了一种自适应滑模控制器,其中滑模面定义为关节角误差、关节角速度误差和柔性负载的根部应变和剪切力的耦合。利用LaSalle不变性原理,证明了闭环系统的渐近稳定性。最后仿真验证了所设计控制方法的有效性。     

基于变结构/输入成形的航天器振动抑制方法

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题,提出了一种基于输出反馈变结构控制和输入成形振动抑制方法相结合的主动振动控制策略.首先,采用拉格朗日方法建立中心刚体上带有弹性附件的航天器的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,考虑挠性结构模态不可测的情况,为了避免设计状态观测器及其引入的误差,在输出反馈变结构控制的基础上,给出了滑模存在条件以及仅利用输出信息的变结构控制器设计方法,使系统的状态轨迹达到滑动平面,并保证闭环系统渐近稳定;在此基础上,应用输入成形方法设计成形控制器来抑制该系统的振动,使得航天器星体姿态和挠性附件的振动同时得到了有效的控制.该成形控制器的设计仅需闭环系统的振动频率和阻尼.将该方法应用于单轴挠性航天器的大角度rest-to-rest(静止到静止)姿态机动控制进行了仿真研究,结果表明,方法可行有效.     

Rigid-flexible coupling dynamic modeling and vibration control for flexible spacecraft based on its global analytical modes

In this study, we used global analytical modeswfny(GAMs) to develop a rigid-flexible dynamic modeling approach for spacecraft with large flexible appendages(SwLFA). This approach enables the convenient and precise calculation of the natural characteristics for designing an attitude control law for the spacecraft while simultaneously suppressing the active vibration of its flexible appendages. We simplify the flexible spacecraft as a rigid-flexible coupling hub-beam system with tip mass and derive the system's governing equations of motion based on Hamilton's principle. By solving the linearized form of those equations with their associated boundary conditions, we obtain the frequencies as well as the corresponding GAMs of flexible spacecraft,which we use to discretize the equations of motion. Using this approach, we performed numerical simulations to investigate the system's global modes and assess the performance of the controller based on the GAM model. The results reveal that the GAM model can be used to directly calculate the exact global modes of SwLFAs and that the controller based on the discrete GAM model can achieve a control-index for a SwLFA in a shorter time with less input energy than other methods.