水下机器人运动控制仿真研究

设计了一种水下机器人,它由防水基体、螺旋桨推进器和伺服电机组成。姿态传感器用于采集水下运动的姿态信息,通过单片机控制系统,采用PID算法调节螺旋桨推进器的角度,完成水下机器人的前进、后退、升降、转向等动作,采用Arduino微控制器平台对直流电机速度、伺服电机位置进行控制。仿真实验结果表明:该控制器可以有效地对直流电动机转速、伺服电机位置进行控制。     

可重构磁耦合水下推进器的磁场分析及性能评估

在保证微小型水下机器人运动灵活的同时,降低矢量推进器机械复杂性,改善其防水密封问题,设计了一款可重构磁耦 合的水下矢量推进器。 基于磁耦合非接触式动力传输,解决了驱动电机与螺旋桨之间的防水问题;与此同时,采用重构机构在 两自由度内改变螺旋桨位姿,实现了可重构矢量推进水下机器人的目的。 在建立磁耦合磁场模型的基础上,通过 ANSYS Maxwell 磁场仿真与搭建的磁转矩测量装置,验证了磁场建模的正确性并分析了重构机构对磁耦合动力传输磁转矩的影响。 在 此基础上,进一步搭建了螺旋桨水下测力装置,评估了转速与推力以及不同重构角下最大矢量推力的变化情况。 结果表明,推 进器能够在[-15°,15°]两自由度可重构角范围内稳定地输出矢量推力。     

水下机器人动力学分析与控制系统研究

对6自由度水下机器人进行动力学分析和运动控制系统研究。首先,建立了水下机器人坐标系,考虑重力、浮力、水动力及推力等因素对水下机器人影响,建立了6自由度水下机器人的动力学模型,进而描述了水下机器人的复杂运动。在此基础上,设计了一种模糊逻辑控制器,对水下机器人进行运动控制。通过计算机仿真分析,验证了控制方法的有效性,对后续水下机器人控制系统的进一步研究,提供了依据和参考。     

二自由度机器人轨迹跟踪误差控制优化研究

为了提高2自由度机器人控制系统响应速度,降低其输出误差,设计改进模糊PID控制器,并对2自由度机器人角位移跟踪效果进行仿真验证。给出多连杆机器人的动力学模型,设计模糊PID控制器。利用粒子的迭代搜索原理对模糊PID控制器参数进行优化,从而得到模糊PID控制器参数的最优值,使机器人控制系统具有更好的抗干扰能力。以2自由度机器人为例,利用Matlab软件对机器人角位移和转矩进行仿真,在不同环境中比较优化前和优化后的输出效果。结果显示：采用改进粒子群优化算法优化PID控制器参数,2自由度机器人控制效果明显优于模糊PID控制器。2自由度机器人优化后的模糊PID控制器,不仅响应速度快,而且抗干扰能力强。     

基于可旋转推进器的水下机器人运动控制研究

通过对水下机器人在运动过程中的受力以及力矩分析,水下机器人采用可旋转推进器,所以要实现六自由度的运动只需要4个推进器,采用推进器布局。建立了基于可旋转推进器的水下机器人六自由度运动方程,并有针对性的对六自由度运动方程进行了简化。水下机器人运动控制的分析离不开动力学模型,所以对其进行受力和力矩分析是必要的。在简化的运动方程的基础上设计了运动控制系统,并使用Matlab对其进行仿真验证。     

可重构磁耦合推进水下机器人设计与性能评估

为了经济高效地实现矢量推进,提高水下机器人的机动性能,设计了一种新型矢量推进水下机器人。该机器人采用两个可重构磁耦合推进器作为推进系统的主动力单元,每个推进器都具备两个自由度的矢量重构能力,相较于传统水下机器人,拥有更高的可操纵性和灵活性。本文通过建立推进系统模型,完成了机器人的运动规划,并利用测力实验装置,对机器人的动力性能进行了评估。在此基础上,对机器人进行了前进、偏航、上浮、下潜等多自由度的运动控制实验。实验结果表明,该机器人能够高效地实现多个自由度的运动,新型可重构磁耦合推进器能够稳定的提供矢量推力,验证了该设计方案的可行性。     

基于模糊PID的欠驱动水下机器人路径跟踪方法研究

针对不同环境和任务下欠驱动水下机器人的路径跟踪问题进行相关研究,在分析水下机器人控制模型的基础上,基于视线法提出了一种欠驱动水下机器人路径跟踪控制方法。基于模糊控制算法,设计了一种模糊PID控制器,并将其应用于欠驱动水下机器人的艏向跟踪控制。采用PC104设计了水下机器人的控制系统,并给出了硬件结构框图。最后,对水下机器人路径追踪效果进行了仿真和试验,结果表明基于模糊PID控制器的欠驱动水下机器人路径跟踪控制方法可保证机器人沿规划路径航行,而且该控制系统具有较强的鲁棒性。     

6自由度水下机器人动力学分析与运动控制

对6自由度水下机器人的动力学与运动控制进行研究。首先考虑重力、浮力、推力以及水动力的影响,建立水下机器人的动力学模型,对机器人的复杂水下动力学行为进行描述。在此基础上,根据解出加速度法设计非线性控制器,包括内外两个控制回路。其中外控制回路根据机器人实际轨迹与期望轨迹之间的偏差进行负反馈控制,内控制回路根据机器人动力学特性引入非线性补偿,把机器人转化为一个更易于控制的线性系统,从而准确实现对理论轨迹的跟踪。最后对水下机器人跟踪目标进行运动控制仿真。从仿真结果可以看出,利用该方法可以使水下机器人具有良好的轨迹跟踪能力。     

基于自整定模糊PID控制算法的电液伺服系统设计

本文针对传统PID控制器控制六自由度并联机器人所存在的响应速度慢、控制精度不高和鲁棒性差等问题,采用自整定模糊PID控制算法设计了模糊PID控制器.根据给定语言变量建立隶属度函数,设计模糊控制规则.最后,利用Matlab语言仿真模糊PID控制器和普通PID控制器对开环传递函数的响应.结果表明所设计模糊PID控制器具有响应速度快、鲁棒性强、精度高和无超调等特点,提高了六自由度并联机器人的控制性能.     

基于Stewart平台并联机床伺服控制系统稳定性研究

针对传统机床自动化加工不足及液压伺服控制系统的不稳定性,设计了一种并联式多自由度机床加工机器人,提出了模糊控制与PID控制相结合的控制方法,很好的解决电液缸运动不平稳性问题。介绍了并联式机床的整体结构、工作原理、常规PID原理及模糊控制原理;以并联式多自由度机器人单个电液缸为单元,建立模糊PID控制电液缸系统模型,利用MATLAB仿真软件来对比两种控制方式进行实验仿真。实验数据表明相比常规PID控制方式,模糊PID具有很好的自适应性、抗干扰、稳定性,验证了该控制方法的合理性,并且能够达到机床实际加工要求。     

一种水下机器人混合模糊P+ID控制方法

针对具有非线性动力学特性的水下机器人的运动控制,提出采用解析式描述的单输入模糊控制器取代常规数字PID控制器中的比例项,并保持原有常规PID控制器的结构和参数不变,得到一种混合模糊P+ID控制方法.研究了水下机器人混合模糊P+ID控制的参数调节方法,并采用小增益定理分析了引入模糊控制后的系统输入输出稳定性.采用水下机器人的非线性动力学模型进行了仿真实验,结果表明提出的混合模糊P+ID控制具有比常规PID控制更好的性能.     

模糊自整定PID的液压马达驱动机床主轴速度控制研究

液压马达驱动机床主轴系统具有参数时变和高度非线性,传统PID控制器控制精度不高。针对液压马达驱动机床主轴系统速度控制问题,采用模糊自整定PID控制器实现液压马达驱动机床主轴系统的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。构造了液压马达驱动机床主轴系统模型简图,建立了液压马达驱动机床主轴系统数学模型。对传统PID控制器参数,用模糊控制器进行实时整定,开发了模糊自整定PID控制器。最后,采用MATLAB对液压马达驱动机床主轴系统进行仿真。同时,与传统PID控制器的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示：采用模糊自整定PID控制器的液压马达驱动机床主轴转速超调量小,具有更快的响应时间,跟踪精度高,同时系统能耗减少20%左右;即使受到较大随机干扰,模糊自整定PID控制器也能快速消除干扰,使机床主轴转速处于受控状态。采用模糊自整定PID控制器可以有效提高液压马达驱动机床主轴系统的动态稳定性以及抗干扰能力。     

基于AVR单片机控制的水下推进器设计

为了保证水下机器人能够快速有效地执行指定的任务,性能优良的推进系统是必不可少的。设计了一种高效率的导管螺旋桨水下推进器,采用三维造型软件SolidWorks设计推进器整体结构,运用ANSYS对推进器外壳进行静力分析,以校核推进器壳体的结构强度,利用ATmega 16单片机实现对螺旋桨推进器的运动控制,最后通过水下实验对推进器的运动和密封性能进行了验证。     

具有迟滞特性的水下小车牵引系统控制方法

提出了基于改进Smith预估补偿的模糊PID控制器,实现对水下液压绞车牵引小车的精确速度控制。改进Smith预估补偿具有较好的解决迟滞环节对于控制系统的能力,模糊PID控制器具有较好的模型自适应性,两者相结合能够较好的解决水下小车速度控制系统的系统迟滞及参数时变对控制结果所带来的影响。利用MATLAB软件对液压绞车牵引小车的速度控制系统进行仿真,并对结果进行分析。     

基于模糊自适应PID算法的电液比例阀控马达转速的研究

把模糊自适应PID方法应用于液压马达的转速控制,建立了比例阀控液压马达转速的数学模型,设计了模糊自适应PID控制器.Simulink下的仿真结果表明,与传统PID控制相比,模糊自适应PID控制方法具有响应快、超调小、抗干扰能力强等优点,是一种更加有效的控制策略.     

基于模糊自适应PI控制的电梯调速系统仿真研究

根据模糊自适应PID控制理论,对电梯变频调速矢量控制系统中的转速PI调节器进行优化设计,并应用电机矢量控制系统的仿真模型进行仿真分析。仿真结果表明,采用模糊自适应PI控制器的变频调速系统具有响应时间快、超调量小等优点。     

电液比例阀控液压马达系统的模糊PID恒速控制

针对电液比例阀控液压马达系统,分别采用常规PID控制策略和参数自整定的模糊PID控制策略来实现液压马达的恒速控制。通过分析阀控液压马达系统的工作原理和调速原理,设计出模糊PID控制器。运用Simulink仿真工具来建立阀控液压马达系统的仿真模型,并在外加负载转矩的作用下对该仿真模型进行仿真。仿真结束后对比常规PID控制策略和模糊PID控制策略下的仿真结果,得出在模糊PID控制策略下液压马达输出转速峰值时间、调整时间、超调量和在外界突加相同负载转矩下液压马达转速调整的时间都优于常规PID控制策略。     

自补偿式水下推进器的设计及其密封和水动力性能研究

针对小型水下机器人推进器效率低、抗压能力弱的问题,设计一种小型自补偿式水下推进器。该推进器采用油囊的密封方式,利用内外压差进行油液的自我补偿,避免了因油液轻微泄漏导致整个推进器失效的情况发生,保证推进器使用的可靠性。对自补偿模块的密封性能进行有限元分析以及对推进器的水动力性能进行计算仿真,并进行压力与推力实验测试。测试结果与仿真结果均表明,设计的自补偿式水下推进器具有良好的密封性能和水动力特性,验证了设计的可靠性。     

模糊PID双模控制的数控车床液压调速研究

为了能够有效地对数控车床液压调速系统进行控制,深入地研究了模糊PID双模控制在其中的应用.首先,分析了数控车床液压系统的特点;接着,研究了数控车床主轴转速液压调节系统的原理;然后,提出了模糊PID双模控制器的数学模型;最后,进行了实例仿真,结果表明模糊PID双模控制比传统的PID控制具有更好的鲁棒性和控制精度.     

一种基于新型球形螺旋桨的爬墙机器人

为解决高层建筑墙面检测维修困难以及现有爬墙机器人灵活性差、反应速度慢等问题,设计了一种以STM32单片机为嵌入式控制系统核心,利用多自由度球形螺旋桨产生斜推贴附力的爬墙机器人,并进行了验证可行性分析。最终得知,该种爬墙机器人的球形螺旋桨能够多自由度转动,所产生推力可朝空间任意方向;该螺旋桨推力可分解为3个空间分力,与摩擦力、支持力和尾翼推力相平衡,保证机器人整体力矩为零不倾覆,可沿墙面稳定自由行走。