Adaptive Robust Control via a Nonlinear Disturbance Observer for Cable-driven Aerial Manipulators

International Journal of Control, Automation and Systems - This article proposes a novel robust control scheme for the trajectory tracking control of a cable-driven aerial manipulator in joint...     

异型曲面加工机器人自适应NDO控制

针对异型曲面打磨机器人中摩擦导致的加工精度降低的问题，提出了一种改进的非线性干扰观测器对其进行观测和补偿。建立了高精度工业机械臂的动力学模型，基于该模型设计非线性干扰观测器并应用李雅普诺夫函数稳定性理论给出了系统的稳定性分析。引入典型摩擦模型，利用观测器估计不可测的内部摩擦状态，并将估计值用于PD控制器中摩擦补偿部分。经过仿真以及实验验证，对比实验结果表明该观测器可以使系统的控制精度大幅提高，降低了仿真实验的跟踪误差，实验平台的控制精度提高了30%以上，能很好地补偿双关节机械手的摩擦力，更好地跟踪关节位置。     

基于改进型非线性干扰观测器的爬壁机器人轨迹跟踪

针对爬壁机器人建模不准确及容易受外部扰动的影响造成位置及姿态误差的问题,提出了一种基于改进型非线性干扰观测器的轨迹跟踪控制方案.首先通过反演控制设计了一个运动学控制器为机器人动力学控制提供参考质心速度与角速度.其次应用改进型非线性扰动观测器作为前馈控制对建模误差及外部扰动进行估计,并保证扰动误差以指数形式收敛.最后针对...     

多关节机器人的一种非线性反馈控制方法

本文研究了一种基于高阶线性化近似方法的机器人非线性反馈控制问题。首先,给出了多关节机器人的动力学模型,研究了一般非线性系统相对于某一标称轨迹的高阶线性近似方法,建立了高阶反馈项系数的计算公式,然后,讨论了多关节机器人的二阶近似非线性反馈控制方案。最后,给出了数字仿真结果.     

A Disturbance Observer-based Robust Tracking Controller for Uncertain Robot Manipulators

This paper considers the trajectory tracking problem for uncertain robot manipulators subject to external disturbance torques. The external disturbance torques are assumed to be unknown and time-varying. We present a disturbance observer-based controller which estimates the lumped disturbance (the external disturbance torque combined with the effect of plant uncertainties), and compensates it so that the overall closed-loop system behaves like the nominal closed-loop system that is composed of the nominal model of robot manipulator and the feedback linearization-based tracking controller. A simplified implementation of the proposed controller is also introduced. Simulation results on a robot manipulator are given to validate the performance of the proposed controller.     

具有干扰抑制的不连续机械手鲁棒跟踪控制

由于不连续性普遍存在于机械系统中,它的存在降低了系统的性能.而实际系统中各种干扰也是不可避免的,这就需要机械系统具有一定的干扰抑制能力.针对机械手不连续的不确定性以及外界干扰的存在,利用Filippov解的定义及其相关的非光滑系统的Lyapunov稳定理论,设计了具有L2干扰抑制的鲁棒轨迹跟踪控制器.所获得的非光滑鲁棒控制器,在Filippov框架下能够确保闭环误差系统稳定,实现干扰的有效抑制.最后利用Matlab仿真软件给出两连杆的机械手仿真结果,验证了该算法的有效性.     

Decentralized PD and Robust Nonlinear Control for Robot Manipulators

A decentralized PD and robust nonlinear feedback law for robot motioncontrol is proposed. The control system structure is based on thegeneralized tracking error proposed by Slotine and Li. Using this systemstructure, a simple and comprehensive result on the local stabilityconditions of PD control is obtained. A decentralized robust nonlinearfeedback term is then added to it to improves the performance of trackingerrors from local convergence to global convergence. Since the approachkeeps the simplicity of the independent joint controller structure it can beeasily implemented in most robot systems without hardware alteration.     

基于干扰观测器的机器人关节控制

提出了基于干扰观测器的仿人机器人关节控制方法。在建立仿人机器人单关节物理模型的基础上,设计了相应的干扰观测器和控制器,解决了关节控制中时变非线性的重力力矩对控制性能的影响。与PID控制器进行性能比较,并探讨了关节模型摄动对干扰观测器的影响,仿真结果表明该方法在仿人机器人关节控制中的可行性和有效性。     

基于观测器的机器人动态面控制

针对带干扰项的刚性机械臂系统,提出一种基于观测器与动态面技术的控制器设计方案.该方案只需测量机械臂位置,而无需测量角速度.首先应用状态观测器估计不可测量的关节角速度,然后把这一观测量引入动态面设计过程中,从而得到了系统控制律.与基于后推的机器人控制比较,所设计的控制器结构更为简单.应用Lyapunov方法,分析了观测误差和系统跟踪误差的有界性与收敛性,并且证明了闭环系统所有信号一致终结有界.仿真结果表明该控制方案具有良好的跟踪性能.     

机器人系统非线性分散重复学习轨迹跟踪控制

采用一类具有"小误差放大、大误差饱和"功能的非线性饱和函数来改进传统重复学习控制(Repetitive control, RC)机器人系统动力学控制, 形成一类新的非线性分散重复学习控制(Nonlinear decentralized repetitive control, NRC),使得在不增加驱动力矩的条件下获得了更快的响应速度和更高的轨迹跟踪精度. 应用Lyapunov直接稳定性理论和LaSalle不变性原理证明了闭环系统的全局渐近稳定性. 三自由度机器人系统数值仿真结果表明了所提出的非线性分散重复学习控制具有良好的控制品质.     

Disturbance Attenuation and Trajectory Tracking via a Reduced-order Output Feedback Controller for Robot Manipulators

This paper presents a solution to the problem of trajectory tracking with external disturbance attenuation in robotics systems via a reduced-order output feedback controller, without velocity measurement. The proposed control law ensures both semi-global asymptotic stability of the closed-loop system and external disturbance attenuation. The approach is based on the notion of the L₂-gain and requires to solve two algebraic Riccati inequalities. The proposed controller design is illustrated by a simulation example.     

基于自适应干扰估测器的协作机器人关节速度波动抑制方法

针对协作机器人对高载荷自重比和高精度速度控制的需求,设计了基于双定子永磁同步电机和谐波减速器的关节模块,利用双定子结构提升了电机的转矩密度。为了提高关节速度控制精度,将摩擦等低频非线性因素、电机转矩波动和谐波减速器传递误差对关节速度波动的影响等效为关节系统的输入力矩干扰,并对其进行补偿以抑制关节速度波动。为提高干扰估测精度,提出一种基于双干扰估测器与自适应算法的方法。双定子电机性能测试结果表明,相较于单定子结构,本文的双定子电机转矩密度提升11%。关节速度控制实验表明,与单纯的比例-积分速度控制器相比,采用本文方法,关节的低速稳态波动误差的均方根减小约40%～60%,中、高速稳态波动误差的均方根减小约30%～40%,速度控制精度提升。     

Real-time RLS-based Joint Model Identification and State Observer Design for Robot Manipulators: Experimental Studies

International Journal of Control, Automation and Systems - Independent joint control by disturbance observer schemes requires the information of an inertial mass and an angular acceleration of each...     

A Novel Disturbance Observer Based Fixed-Time Sliding Mode Control for Robotic Manipulators With Global Fast Convergence

This paper proposes a new global fixed-time sliding mode control strategy for the trajectory tracking control of uncertain robotic manipulators. First, a fixed-time disturbance observer(FTDO) is designed to deal with the adverse effects of model uncertainties and external disturbances in the manipulator systems. Then an adaptive scheme is used and the adaptive FTDO(AFTDO) is developed, so that the priori knowledge of the lumped disturbance is not required. Further, a new non-singular fast termin...     

基于扩张状态观测的机器人分散鲁棒跟踪控制

针对模型不确定性多关节机器人的轨迹跟踪控制问题, 提出一种基于扩张状态观测补偿的关节独立分散鲁棒控制方法. 设计多个并联的扩张状态观测器, 分别对每个独立关节的未知模型动态与外部扰动进行动态估计和补偿, 采取非线性状态反馈控制以提高系统的控制性能. 各个关节的控制完全独立, 因而控制器结构简单、可靠、易于实现. 对所设计的关节分散鲁棒控制器的 Lyapunov 稳定性进行了分析, 证明系统是指数收敛全局一致最终有界稳定的. 对 PUMA560 机械手的大量控制仿真验证了本文方法的有效性.     

Data-driven Multiplayer Mixed-zero-sum Game Control of Modular Robot Manipulators with Uncertain Disturbance

International Journal of Control, Automation and Systems - This paper develops a data-driven multiplayer mixed-zero-sum game control approach of modular robot manipulators (MRMs) with uncertain...     

基于非线性干扰观测器的不确定非线性系统鲁棒轨迹线性化控制

针对一类不确定非线性系统，基于轨迹线性化控制方法(TLC)及非线性干扰观测器技术(NDO)研究了一种新的非线性鲁棒控制策略．TLC是一种有效的非线性跟踪和解耦控制方法，但当系统中存在内部未建模动态和外界干扰时，当前TLC控制器性能将显著下降．本文利用NDO对系统中的不确定项进行估计，其输出与TLC控制律结合来对消不确定性的影响．最后通过一个数值仿真实例验证了本文提出的方法的有效性,仿真结果表明该鲁棒轨迹线性化控制方法具有很好的干扰衰减能力和鲁棒性能．     

一类含输入时滞非线性系统的干扰观测器控制

基于干扰观测器控制（Disturbance-observer-based control,DOBC）作为一种有效的干扰补偿策略取得了广泛的应用. 然而,当干扰和控制输入不能在同一时刻进入控制通道时,外部信号很难得到实时估计和补偿.提出一种复合DOBC结构,包括干扰观测、干扰预测和反馈调节三个部分.该方法的特点是即使一类非线性系统存在输入时滞,同样可以继承传统DOBC的优点. 最后,通过构造辅助观测器给出了预测误差以及复合闭环系统的稳定性分析方法.     

一种具有非线性观测器的分散式自适应鲁棒机器人控制新方案

本文提出一种新型的分散式自适应鲁棒机器人控制方案。它主要解决以下诸方面的问题:1)减少在线计算量;2)通过设置一个非线性观测器来及时修正模型信息,以适应负载及其他因素变化的需要,进而有效地减少所需控制值(尤其当系统处于平稳工作状态时,效果更加明显),相应地,也就减少了系统工作时的动能损耗。这一点对[1]中提出的机器人分散式变结构控制算法有较大改进;3)对系统的不确定性和扰动作用具有鲁棒性。