绳驱动空中机械臂的自适应分数阶终端滑模控制

针对集总干扰下绳驱动空中机械臂关节空间内高精度轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于时延估计技术的自适应鲁棒控制策略。在控制框架中,引入时延估计技术来补偿系统未建模特性、外界扰动及动力学耦合效应;采用分数阶非奇异终端滑模面来加快系统状态量的收敛速度和保证轨迹跟踪控制的精度;添加自适应律来增加控制器的鲁棒性。同时,基于李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环系统的稳定性。最后,通过可视化仿真和地面试验对本文所设计控制器的有效性进行了验证,结果表明：与其他两种控制器相比,本文控制器具有较高的轨迹跟踪精度、较好的鲁棒性和较强的抗干扰能力。     

高压巡线四旋翼机器人反步自适应控制的研究

为确保高压输电线路的安全稳定运行,设计了一款基于反步自适应控制方法的四旋翼机器人。该机器人可根据线路杆塔坐标信息实现自主飞行巡检,采集线路缺陷和隐患,对维护线路状态的安全运行等提供信息支持。首先,由刚体动力学和牛顿欧拉方程建立四旋翼机器人的六自由度数学模型。其次,根据动量定理和电枢回路中的电压平衡方程,建立转子的动力学方程。再次,将反步控制与自适应控制相结合,推导出反步自适应控制器,实现对四旋翼机器人姿态与位置的控制。最后,对四旋翼机器人高压输电线路的自主巡检过程进行模拟,并用MATLAB进行仿真实验。研究结果表明基于反步自适应控制的四旋翼机器人能满足高压输电线路自主巡检系统的要求。     

飞行机器人递归小脑神经网络模型分解控制

为解决一类不确定非线性系统的控制问题及系统混合干扰上界在实际应用中难以测量的问题,提出递归小脑神经网络模型分解控制算法.将系统分为名义模型、结构不确定性和非结构不确定性,分别对名义模型设计直接反馈控制器、对结构不确定性设计自适应控制器、对非结构不确定性设计鲁棒控制器.设计递归小脑模型关节控制器作为观测器来对系统干扰的上...     

变电站巡检机器人数据驱动无模型自适应控制

针对变电站巡检机器人动力学建模及参数辨识复杂等问题,文中提出了一种基于双闭环的巡检机器人数据驱动无模型自适应控制方法。首先,为了便于理解和仿真需要,对变电站巡检机器人的模型进行了简单的介绍。其次,根据机器人的位姿跟踪误差进行外环的设计,为内环提供虚拟参考输入。然后,根据无模型自适应控制方法进行内环控制器的设计,对机器人的虚拟参考速度进行跟踪。值得注意的是,文中所提方法只用到了输入输出数据,没有用到任何模型信息,因此是完全无模型的。最后,通过MATLAB进行仿真,验证了所提方法的有效性。     

基于ELM的机器人自适应跟踪控制

针对刚性臂机器人系统,提出基于极限学习机(ELM)的两种自适应神经控制算法。极限学习机随机选择单隐层前馈神经网络(SLFNs)的隐层节点及其参数,仅调整其网络的输出权值,以极快的学习速度可获得良好的推广性。在自适应控制算法中,ELM逼近系统的未知非线性函数,附加的鲁棒控制项补偿系统的逼近误差。ELM神经控制器的参数自适应调整律及鲁棒控制项由Lyapunov稳定性理论分析得出,所设计的两种控制算法均不依赖于初始条件的约束且放松对参数有界的要求,同时保证闭环系统跟踪误差满足全局稳定而且渐近收敛于零。将所提出的ELM控制器应用于二连杆刚性臂机器人跟踪控制实例中,并与现有的径向基函数(RBF)神经网络自适应控制算法进行比较,仿真结果表明,在同等条件下,ELM控制器具有良好的跟踪控制性能,显示出其有效性和应用潜力。     

3-RRRT并联机器人鲁棒自适应模糊滑模控制

针对3-RRRT型搬运并联机器人提出了一种直接自适应模糊滑模控制方法.根据机器人的系统动力学模型特点,基于Lyapunov函数的综合设计方法和滑模控制理论,利用模糊逻辑系统与自适应技术相结合,提出了一种控制律,然后进行了系统控制仿真实验.结果表明,采用这种直接自适应模糊滑模控制方法的3-RRRT型并联机器人在周期干扰状况下达到了较高的轨迹控制精度,其闭环系统具有较强的自适应性和鲁棒稳定性.     

双绳驱动空中机械臂协同搬运控制研究

为解决双绳驱动空中机械臂协同搬运时的接触控制问题,提出了一种基于非奇异快速终端滑模的阻抗控制策略。首先,考虑绳驱动机制的柔性效应,建立计及关节柔性的双机协同系统动力学模型,并推导出任务空间内的阻抗方程。然后,设计协同阻抗控制策略,借助非奇异快速终端滑模面来加快系统状态量的收敛速度,利用幂次函数削弱输出力矩抖振效应。同时,在Lyapunov框架下分析了所设计控制器的稳定性。最后,通过控制器性能比较仿真和协同搬运仿真对所提控制策略的有效性进行了验证。结果表明,所提控制器响应速度快、控制精度高及稳定性好,能够有效抑制系统抖振。     

基于非线性终端滑模的码垛机械臂轨迹跟踪控制

针对码垛机械臂的轨迹跟踪控制,提出了一种基于数据驱动的非线性终端滑模控制方法.首先,利用牛顿-欧拉法推导出码垛机械臂的动力学模型,进而将模型等效成离散形式;接着,设计非线性终端滑模面来加快关节角的收敛速度,引人等效趋近律来抑制系统的抖振效应;同时,在萤火虫寻优算法的帮助下解决控制器参数整定问题,以便获得最优的控制性能;...     

欠驱动水下机器人航迹跟踪控制

针对欠驱动水下机器人强非线性、模型不确定及存在外界未知干扰等特点,提出自适应模糊反演滑模控制系统,解决其水平面航迹跟踪问题。首先,采用模糊逻辑系统逼近模型未知函数,将反演思想与滑模控制技术相结合,设计反演滑模控制器;然后对水下机器人纵向速度进行控制,将航向角作为航迹跟踪误差的虚拟输入,设计航向角的镇定函数和航迹参数的变化率,实现水下机器人的航迹跟踪;最后使用李亚普诺夫稳定性定理,证明控制系统的稳定性。仿真实验表明,设计的控制系统能有效地处理水下机器人模型不确定性和外界干扰,控制性能良好,具有极强的鲁棒性,且避免了执行机构的抖振现象。     

Adaptive integral-type terminal sliding mode control: Application to trajectory tracking for mobile robot

This paper presents an Adaptive Terminal Integral Sliding Mode Control (ATISMC) scheme for trajectory tracking problems applied to a differential Wheeled Mobile Robot (WMR). First, a terminal integral sliding variable is designed. Based on the finite-time concept, an adaptive control law has been developed in which a switching gain is adjusted adaptively by using a novel strategy. This control method aims to deal with unknown bounded disturbances and uncertainties. Moreover, it allows fast convergence of the system states to an equilibrium point. The main features of the proposed ATISMC are its robustness, fast convergence rate, and chattering avoidance. To realize trajectory tracking for WMR, the ATISMC is incorporated into a double closed loop scheme. Stability analysis is performed using the Lyapunov stability theory. Numerical simulations and real-time experiments demonstrate the feasibility of the proposed controller scheme. A comparison study with the classical ISMC was performed to show the superiority of the developed method.     

Adaptive interconnection and damping assignment passivity-based control for an underactuated cable-driven robot

Interconnection and damping assignment passivity-based control (IDA-PBC) provides a general framework to stabilize underactuated mechanical systems by assigning the desired Hamiltonian to the system, which is obtained from the solution of partial differential equations. In this article, the IDA-PBC method is applied to an underactuated cable-driven robot to stabilize out-of-plane motion of the system. An adaptation law for the system's mass is designed such that asymptotic stability is ensured with positive tension in cables through the direct Lyapunov method. The results are verified through some simulations.     

多机电力系统自适应鲁棒Terminal滑模励磁控制

设计了多机电力系统发电机励磁的自适应鲁棒Terminal滑模控制器,将L2增益干扰抑制、自适应逆推法、Terminal滑模控制相结合,可以自适应估计发电机的不确定阻尼系数,对扰动具有鲁棒性。给出了控制器的设计过程。针对2区域4机系统的仿真结果表明,所设计的自适应鲁棒Terminal滑模励磁控制器能够快速抑制功率振荡,有效提高电力系统的暂态稳定性,并保持机端电压的恒定。     

绳索牵引自动水平调节机器人综合控制策略

针对贵重精密载荷在装卸过程中需要维持其对接面水平及受力均衡的需求,研发基于绳索牵引的自动水平调节机器人系统,提出一种由绳索牵引力均衡分配策略和载荷对接面水平倾角调节策略构成的综合控制方案,以确保在绳索牵引力均衡分配的前提下实现载荷对接面水平调节.受力均衡分配策略通过调整绳索长度来改变绳索牵引力的分布,载荷对接面水平倾角调节由模糊神经控制器实现,该控制器的参数由基于L5E方法和BP算法的混合算法训练得到.实验结果表明,综合控制方案能够实现载荷的水平调节及绳索牵引力均衡分配,且能满足实际应用的精度需求.     

自由曲面打磨机器人非奇异终端滑模阻抗控制

针对传统控制方法难以实现对复杂曲面高精度打磨问题,在笛卡尔坐标系下设计了基于非奇异终端滑模的复杂曲面打磨机器人阻抗控制方法。该方法首先根据系统的阻抗模型参数,将设定的打磨轨迹转化为机器人末端可执行的阻抗轨迹,然后设计了基于非奇异终端滑模的控制方法对该阻抗轨迹进行跟踪。对于滑模控制的抖振问题,采用指数趋近律对其进行削弱。基于Lyapunov理论对系统的稳定性进行了证明,仿真和缸体打磨实验结果显示,该方法能够在有限的时间内达到收敛状态且避免了控制奇异的现象,提高了控制系统的鲁棒性和精度。     

基于终端滑模控制的移动机器人轨迹跟踪

针对移动机器人受到外部不规则扰动时易出现速度和位姿误差跳变的问题,提出了一种基于扰动观测器的动态终端滑模控制方法。结合运动学模型,利用李雅普诺夫法设计虚拟控制器,进一步设计非奇异动态终端滑模轨迹跟踪控制器。为减小外部扰动对系统的影响,设计非线性扰动观测器对控制器进行扰动补偿。最后,将本文所提方法与自适应滑模控制方法进行仿真比较。结果显示,在第15 s扰动发生阶跃变化时,自适应滑模控制方法的线速度和角速度分别发生1.4 m/s和1.24 rad/s的跳变,而本文所提方法速度跳变幅度小于自适应滑模控制方法的1/10。仿真结果表明,本文所提方法可有效地抑制扰动对系统的影响,减小移动机器人速度和位姿误差的跳变幅度。     

Adaptive control of an underactuated spherical robot with a dynamic stable equilibrium point using hierarchical sliding mode approach

Unlike the traditional underactuated mechanical system, the equilibrium point of the inner swing‐up suspension of a spherical robot possesses stable and dynamic characteristics. The stable dynamic equilibrium position of the underactuated suspension must agree well with the uncertain rolling resistance in practice. To overcome this special underactuated problem with dynamic equilibrium, we present an adaptive control scheme to enhance the ground adaptability using hierarchical sliding mode approach. The control method can drive the spherical robot to a desired position, and at the same time, the suspension subsystem holds on their dynamic equilibrium points rapidly. The proposed control approaches are verified to be effective by numerical simulation for a spherical robot to achieve satisfactory control performances, such as ground adaptability, rapid convergence, and disturbance rejection. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

A robust decentralized three-segment nonlinear sliding mode control for rigid robotic manipulators

In this paper the design of three-segment non-linear sliding mode parameters is further investigated and a robust decentralized tracking control scheme using the three-segment non-linear sliding mode technique for non-linear rigid robotic manipulators is developed. It is shown that some parameters of the three-segment non-linear sliding mode are related to the initial values of the system dynamics and should be suitably chosen in order to guarantee the stability of the system dynamics. Strong robustness and fast error convergence can be obtained for rigid robotic manipulators with large uncertain dynamics by using the three-segment non-linear sliding mode technique together with a few useful smctural properties of rigid robotic manipulators. A simulation example is given in support of the proposed control scheme.     

机器人的鲁棒自适应分散跟踪控制

提供了一种鲁棒自适应控制策略,用于不确定性机器人的发迹跟踪,该控制器由一个ＰＤ线性反馈、一个立方项偿和非线性项构成。控制律采用分散形式,通过对二自由度机器人的仿真,证明该方法能使跟踪误差快速趋近于零。