基于时延估计的漂浮基空间机器人鲁棒H_∞关节跟踪控制

讨论了载体姿态和位置均不受控的漂浮基空间机器人的控制问题。针对欠驱动形式的空间机器人系统参数不确定的情况,结合时延估计控制和鲁棒H∞控制的优点,设计了一种基于时延估计的鲁棒H∞控制器来跟踪关节期望轨迹,采用时延估计在线获得系统的未知动力学,并对控制过程加以补偿;通过引入L2增益,控制对时延估计误差的L2干扰抑制,进一步提高系统的鲁棒性;利用Lyapunov函数和Riccati方程保证了闭环系统的渐进稳定性和H∞鲁棒性能。仿真结果验证了该控制方案的有效性。     

防抱制动系统参数自适应滑模变结构控制器的研究

首先针对具有参数不确定性的二阶非线性系统提出了自适应滑模变结构的控制算法 ,该算法的基本思想是用自适应策略来估计不确定系统的参数 ,根据估计出的参数值 ,来设计滑模控制器 ,优点是无须事先已知不确定参数的边界 ,并且由于在自适应变结构控制采用了消颤措施 (增加了消颤项 ) ,能削弱常规滑模控制所引起的颤振现象 ,也能提高单纯的自适应控制的鲁棒性能。而后将这一控制策略应用于防抱死制动系统 (ABS)的研究中 ,设计了防抱死制动系统的自适应滑模变结构控制器 ,通过计算机仿真 ,验证了该控制方案在 ABS应用中的可行性和有效性     

通过直线伺服鲁棒跟踪控制方法提高轮廓加工精度

为了减小零件加工的轮廓误差,提出了一种采用直线伺服驱动的零相位跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器 (DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略。零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,使系统实现准确跟踪;基于干扰观测器的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等不确定因素,并根据预测到的干扰信息对各轴进行补偿以消除干扰对系统的影响,从而保证了系统的强鲁棒性能。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能,从而提高了轮廓加工精度。     

汽车ABS滑移率的模糊滑模控制研究

汽车防抱死系统(ABS)是汽车制动过程中的一项基本安全措施,滑移率控制是汽车防抱死控制的重要部分。汽车制动时路况时时变化,汽车滑移率的动力学模型是一个时变、非线性、不确定系统。针对这一特点,将滑模控制运动到汽车防抱死制动控制中,设计了汽车滑移率的等效滑模控制器。为了消除滑模控制切换项带来的抖振,使切换控制项在保证鲁棒性能的同时尽可能小,利用模糊规则,对切换项进行模糊化,建立基于模糊切换控制的等效滑模控制器。仿真结果表明,滑模控制方法具有很好的鲁棒性能,加入模糊规则的等效滑模方法能很好的消除抖振现象。     

欠驱动桥式起重机自适应模糊滑模抗摆控制

针对不确定欠驱动桥式起重机负载抗摆控制问题,提出一种模糊滑模控制方法。首先将整个系统分成几个不同的子系统,分别设计子系统的滑模面;然后从一级滑模面构造二级滑模面。基于模糊逻辑和自适应率分别逼近未知非线性函数和估计干扰上边界,李亚普诺夫稳定理论和滑模控制确保欠驱动系统鲁棒稳定性,桥式起重机系统的仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于非线性干扰观测器的解耦时变快速终端滑模控制

针对一类四阶欠驱动系统,提出一种基于非线性干扰观测器的解耦时变快速终端滑模控制策略。将四阶系统分解为两个二阶子系统,分别用一个关于系统状态的非线性函数设计各子系统时变滑模面的指数项参数,用第2个子系统的滑模面构造中间变量,将其引入第1个子系统的滑模面中,构造出整个四阶系统的整体滑模面。采用改进的非奇异时变快速终端滑模控制律使两个子系统的状态分别在有限时间内收敛到平衡点;同时为削弱外部扰动对系统控制效果的影响,设计了一个基于双曲正切跟踪微分器的非线性干扰观测器估计外部干扰和系统的不确定性,并将估计值补偿给控制器。利用Lyapunov稳定性原理证明了系统滑模面的渐近稳定性。将该方法应用于小车倒立摆系统的稳定控制,并与现有的解耦滑模控制算法相比,验证了其有效性及优越性。     

基于线性矩阵不等式空间遥操作系统的鲁棒H_∞控制

针对具有力反馈空间遥操作系统的时变大时延和环境模型参数不确定问题,提出一种基于线性矩阵不等式(Linearmatrix inequality,LMI)的鲁棒H∞控制方法。对于回路时延是未知时变的遥操作系统,该方法只需要已知时延的上下界,可以解决环境模型参数不确定问题,并获得良好的位置和力跟踪性能。将主从端的动力学模型转化成相应的状态空间方程,并将其离散化、合并为一个离散状态空间方程;然后根据该系统方程,基于LMI方法设计状态反馈控制器,通过定义Lyapunov函数分析闭环系统的稳定性,并且分别给出在环境模型参数确定和不确定情况下,使得闭环系统渐近稳定且满足给定位置跟踪性能的充分条件;仿真试验结果表明所提出的方法可使得遥操作系统渐进稳定且具有好的位置和力跟踪性能。     

基于神经网络干扰观测器的终端滑模飞行控制设计

针对具有不确定的非线性多输入多输出系统,利用径向基神经网络设计非线性干扰观测器,并基于所设计的干扰观测器提出了终端滑模控制方法,同时应用于六自由度无人机的鲁棒飞行控制器设计。仿真结果证明了该控制方案的有效性和鲁棒性。     

四旋翼不确定干扰前馈补偿与反步滑模姿态控制

针对四旋翼控制中由外部不确定干扰和系统参数不确定引起的具有时变特性的不确定界干扰问题,设计一种不确定干扰前馈补偿的反步滑模姿态抗干扰控制方法。采用牛顿欧拉方法建立带不确定干扰的四旋翼6自由度动力学模型,然后采用非线性干扰观测器对姿态系统中的不确定干扰进行观测估计,进而基于不确定干扰估计量的前馈补偿设计反步滑模控制器,最后通过Lyapunov理论验证了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可以有效解决外部干扰和系统参数不确定导致的系统高阶不确定性问题,实现不确定干扰下的四旋翼鲁棒控制,同时改善传统滑模中控制输入不连续的情况。通过仿真与抗干扰飞行实验验证了所设计的控制策略在应对快时变特性干扰时具有较好的鲁棒性。     

柔性基、柔性关节空间机械臂的运动混合控制

为解决具有不确定性柔性基、柔性关节空间机械臂的控制问题,提出一种自适应鲁棒终端滑模控制与自适应最优控制相结合的混合控制方案。首先,利用奇异摄动法将系统降阶为慢变子系统及快变子系统;其次,针对慢变系统设计一种由等效控制、鲁棒控制及自适应调节算法组成的轨迹跟踪自适应鲁棒终端滑模控制方案;之后,针对快变系统设计一类基于自适应状态观测的振动最优控制策略。仿真结果表明所提方案在系统刚性、柔性运动控制上的有效性。     

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。     

随机振动机械臂的自适应鲁棒滑模控制

为了解决存在外部不确定随机干扰情况下机械臂的高精度轨迹跟踪问题,提出了一种自适应鲁棒滑模控制方法,并用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的稳定性。采用饱和函数取代控制器中的符号函数,有效消除了控制器的抖振现象。仿真结果证明：与传统的PID控制器相比,提出的自适应鲁棒滑模控制器具有更高的鲁棒性、稳定性和精度。     

不确定机械系统的二阶逼近模糊滑模控制

针对不确定机械系统,利用模糊逻辑系统的万能逼近特性对未知非线性函数建模,以便设计控制方法。基于一阶逼近精度的模糊逻辑系统需要足够多的模糊规则才能保证一定的逼近精度,然而规则数的增多必然导致计算量的增大,不利于实时控制。本文中设计了具有二阶逼近精度的模糊逻辑系统对机械系统中的非线性未知部分进行实时逼近,并结合鲁棒性能好的滑模控制对不确定机械系统进行轨迹跟踪控制。从仿真实验证明,具有二阶逼近精度的模糊系统可以以很少的规则高精度的逼近任意非线性函数,并以此为基础构成的模糊滑模控制器不仅可以达到所希望的控制精度,比起规则数量多得多的模糊滑模控制,甚至位置误差和速度误差更小,跟踪速度更快。故采用特殊隶属函数所设计的自适应模糊逻辑系统,解决了逼近精度和模糊规则数量之间的矛盾,为机械系统的高精度的实时控制提供了保证。     

线性不确定性电液位置伺服系统的前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制研究

针对线性不确定性系统的鲁棒跟踪控制问题,提出了一种前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制方法,并证明了采用该方法所构成的闭环系统是李亚普诺夫意义下渐近稳定的,将该控制器设计方法应用于某结构疲劳试验机电液位置伺服控制系统,验证了所设计控制器的有效性。仿真和实时控制结果均证明：对存在不确定性的结构疲劳试验机电液位置伺服系统,应用该研究所提出的具有前馈补偿的滑模鲁棒跟踪控制器,能较有效地削弱常规VSC所固有的抖振现象,在不同的负载条件下跟踪不同频率的正弦信号均能获得良好的跟踪精度,控制器对系统的不确定性呈现较强的鲁棒性。     

不确定供应链非线性系统的模糊鲁棒H_∞控制

为解决系统不确定参数和外部不确定需求引起的供应链非线性系统运作波动较大的问题,研究了一种鲁棒控制方法。基于离散Takagi-Sugeno模糊系统,建立了一类不确定供应链非线性系统的模糊模型。通过在每个最大交叠规则组中构建一种离散型分段Lyapunov函数,并应用并行分布补偿原理,提出一种新的模糊鲁棒H∞控制方法,该控制方法可在减少求解线性矩阵不等式个数的同时,保证不确定供应链非线性系统的鲁棒稳定。结合某二级不确定供应链非线性系统的实例进行仿真实验,实验结果验证了所提方法的有效性。     

电液伺服力控系统的自适应滑模控制

针对存在不确定性的非线性电液伺服力控系统的跟踪控制问题,基于等价控制的概念,提出了一种自适应滑模控制律综合方法,应用参数自适应的方法,消除不确定性对控制性能的影响,以达到鲁棒跟踪控制的目的。为了证明这种控制器可行性,利用微机实现的该控制器被应用于某疲劳试验机电液伺服系统,实时控制的结果验证了所提方法的有效性。     

基于鲁棒可靠性方法的机器人鲁棒镇定控制研究

针对不确定参数摄动对机器人系统稳定性和跟踪特性的影响问题,在前人的基础上提出了一种利用鲁棒可靠性的理论来设计机器人鲁棒镇定控制器的方法。首先分析了不确定参数摄动对机器人的影响,并对机器人动力学模型中的非线性不确定参数进行了等效处理;然后利用鲁棒可靠度及其功能函数的LMIs设计了状态反馈控制器;最后将控制器接入仿真模型进行了仿真实验和数值对比,验证了优化前后系统的控制效果和性能变化。研究结果表明:该方法能够以一定的可靠度改善系统的控制性能,并将不确定参数的摄动范围限制在合理区间内,保证了系统对已知轨迹的精确跟踪。     

基于观测器的直流电机的鲁棒控制器设计

本文针对一类不确定系统,设计一种基于非线性观测器预估的鲁棒控制器.考虑到电机的动态非线性,设计基于观测器的鲁棒控制器,从而给直流电机系统提供了一种有效的控制.仿真结果表明,本文提出的这种控制策略适用于参数不确定情况下的直流电机系统的速度调节且具有较好的速度跟踪性能.     

不确定线性系统鲁棒跟踪控制器的优化设计

基于优化二次型性能指标,以MATLAB为工具对具有乘性不确定线性系统的鲁棒跟踪控制器的优化设计问题进行研究.以一实例来说明鲁棒跟踪控制器具体的设计方法,给出该不确定系统鲁棒跟踪控制器的参数及系统的跟踪轨迹曲线.结果表明,所设计的鲁棒跟踪控制器能有效的跟踪给定,所提出的设计方法是有效的.     

基于扰动观测器的时延双边遥操作系统鲁棒阻抗控制

时延以及不确定性等因素容易造成双边遥操作系统操作性能差,甚至不稳定等问题。为了解决这一问题,针对主、从端不同的任务特点,提出一种新的双边遥操作系统控制结构。由于主端在实现力反馈时易受扰动影响,设计一种非线性扰动观测器用于扰动的在线估计并进行补偿;从端采用基于滑模的阻抗控制以保证精确的位置跟踪和与环境的期望交互。利用Liewellyn绝对稳定准则推导出时延下保证系统稳定性的条件以及参数选取依据。在建立的单自由度遥操作系统试验平台上进行了试验研究,结果表明本文所提方法能够在保证系统鲁棒性的条件下有效提高操作性能。