欠驱动机械手的非线性补偿控制的实现

以具有欠驱动关节的水平两自由度机械手为对象,建立了其动力学数学模型。对具有非完全约束机器人的特点进行了分析。利用解非线性方程的有效方法一平均值法对模型进行了处理,得到平均值系统,使模型得到简化。含有非驱动关节的平面二自由度机械手具有不可积分的速度和加速度束。因而是一个二阶非完整系统。通过分析系统的动力学机构,设计了一种非线性补偿控制的方法来对欠驱动关节实现控制。实验结果表明。该控制方法在控制模型、控制算法和反馈控制方法上都是十分有效的。     

基于模型降阶的平面三连杆欠驱动机械系统位置控制

针对第一关节为被动的平面三连杆欠驱动机械系统,提出一种基于模型降阶的位置控制方法. 首先,建立平面三连杆欠驱动系统数学模型,并分析其积分特性;其次,将部分可积的三连杆系统分段降阶为两个完全可积的两连杆子系统,并基于两子系统获得系统驱动杆与欠驱动杆之间的状态约束关系;然后,利用粒子群优化算法,根据系统末端点目标位置计算驱动杆目标角度;最后,分别设计两连杆子系统控制器,实现系统从任意初始位置到任意目标位置的控制目标. 仿真结果验证所提控制策略的有效性.     

平面二级倒立摆的圆周行走与镇定控制

采用拉格朗日方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型, 将其在平衡位置线性化, 得到系统在两个正交控制方向解耦的近似模型. 针对每一个方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统所组成的六阶欠驱动系统, 设计了自适应滑模模糊控制器, 实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的镇定控制, 验证了该控制算法对欠驱动、不稳定、多变量耦合系统的有效性.     

一类二阶非完整系统的镇定

研究一类二阶非完整系统的镇定问题. 通过状态和输入反馈变换将系统模型转换为二阶链式标准型, 并对标准型给出一种时变光滑指数镇定控制律. 所得结果应用于欠驱动平面刚体的镇定.     

欠驱动柔性机器人的振动可控性分析

欠驱动柔性机器人的可控性分析是对其进行有效控制的关键问题. 本文以具有柔性杆的3DOF平面欠驱动机器人为例, 分两步分析系统的可控性. 首先,忽略杆件的弹性变形, 研究欠驱动刚性系统在不同驱动电机位置的状态可控性；然后, 考虑柔性因素, 研究欠驱动柔性系统的结构振动可控性. 结果表明振动可控性是随机器人关节位形和驱动电机位置而变化的, 并且欠驱动刚性机器人的状态可控性对相应的柔性系统的振动可控性有很重要的影响. 最后, 将上述研究方法扩展到具有一个被动关节的N自由度平面欠驱动柔性机器人.     

欠驱动水面机器人变周期全局渐近镇定控制

为了实现欠驱动水面机器人的全局渐近镇定,首先借助微分同胚变换,将欠驱动水面机器人的镇定问题转化成对由两个串级子系统构成的二阶欠驱动系统的镇定问题.针对转换后的系统,本文提出一种光滑的变周期控制方法,以实现对该系统的全局渐近镇定.与已有文献中控制律使用常数周期的方法相比,本文方法根据系统状态实时调整控制律周期,从而提高系统在原点附近的收敛速率.随后,基于上述方法,给出了水面机器人变周期控制算法,实现原系统的全局渐近镇定.最后,仿真对比结果验证所提变周期控制方法的有效性.     

欠驱动冗余度空间机器人优化控制

欠驱动控制是空间技术中容错技术的重要方面.本文研究了被动关节中有制动器的欠驱动冗余度空间机器人系统的运动优化控制问题.从系统动力学方程出发,分析了欠驱动冗余度空间机器人的优化能力和控制方法;给出了主、被动关节间的耦合度指标;提出了欠驱动冗余度空间机器人系统的“虚拟模型引导控制”方法,在这种方法中采用与欠驱动机器人机构等价的全驱动机器人作为模型来规划机器人的运动,使欠驱动系统在关节空间中逼近给出的规划轨迹,实现了机器人末端运动的连续轨迹运动优化控制;通过末关节为被动关节的平面三连杆机器人进行了仿真,仿真的结果证明了提出算法的有效性.     

欠驱动不对称船舶全局K指数镇定的解耦实现

研究一类欠驱动不对称船舶的全局K指数镇定问题,并且提出一种新的解耦控制方法.首先,对船舶系统进行全局微分同胚变换和状态时变变换,并将其解耦为线性子系统和线性时变子系统,从而将整个系统的镇定控制问题转化为两个简单子系统的镇定问题,简化了控制器的设计;然后,为每个子系统分别设计独立的全局时变指数镇定控制律,实现了欠驱动不对称船舶的全局K指数镇定;最后,仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

欠驱动RTAC的滑模自抗扰镇定控制

针对欠驱动RTAC (rotational/translational actuator)的镇定问题,提出了一种滑模自抗扰控制方法,通过对总扰动的观测和补偿降低了未知扰动对RTAC的影响.为克服RTAC的欠驱动特性,所提方法通过将可驱动的摆球角度和无驱动的小车位置两个状态相结合,构建出虚拟被控量作为系统输出,从而使RTAC的动力学模型转换为非欠驱动模型.基于重建的模型设计线性扩张状态观测器(linear extended state observer, LESO)和滑模控制器,并采用Lyapunov方法证明RTAC的闭环稳定性,实现了RTAC的镇定控制,有效抑制了小车的振荡.最后,通过数值仿真和硬件实验验证了所提控制方法的有效性,与已有方法的对比分析证明该方法具有良好的控制性能.     

基于解析法和遗传算法的机械手运动学逆解

研究优化机械手轨迹规划问题,机械手运动时要具有稳定性避障性能。针对平面3自由度冗余机械手优化控制问题,建立机械手的结构模型。提出用解析法和遗传算法相结合满足具有计算量小和适应性强的特点。在给定机械手末端执行器的运动轨迹,按着机械手冗余自由度,运动轨迹上每个点对应的关节角有无穷多个解。而通过算法可以找到一组最优的关节角,可得到优化机械手运动过程中柔顺性和避障点。仿真结果表明,该算法可以快速收敛到全局最优解,可用于计算冗余机械手运动学逆解,并可实现机器人的轨迹规划和避障优化控制。     

一种通用访问控制管理模型

目前的访问控制管理模型都是针对某种特定的访问控制模型提出的,不能适应多访问控制模型共存于一个大型系统的情况,一个管理模型不能同时适用于多访问控制模型的主要原因是管理者管理范围定义包含了某种访问控制模型中特有的组件.通过使用各种访问控制模型中共有的主体和权限来定义管理模型中的管理范围,将管理模型与访问控制模型之间的关系抽象为一个用于计算策略相关管理范围的函数,提出了一种能够用来管理不同访问控制模型的通用访问控制管理模型,为了便于模型实际使用,在模型中引入管理空间的概念与实际组织结构相对应,形成分布式访问控制管理结构,同时模型严格区分了管理空间的直接管理者和间接管理者在管理权限上的不同,使得管理者具有一定的自治性.最后讨论了管理模型中的管理规则和语义,证明了模型的完备性,并讨论和分析了针对不同访问控制模型的policy*算法.     

Neural network model-based automotive engine air/fuel ratio control and robustness evaluation

Automotive engines are multivariable system with severe non-linear dynamics, and their modelling and control are challenging tasks for control engineers. Current control of engine used look-up table combined with proportional and integral (PI) control and is not robust to system uncertainty and time varying effects. In this paper the model predictive control strategy is applied to engine air/fuel ratio control using neural network model. The neural network model uses information from multivariables and considers engine dynamics to do multi-step ahead prediction. The model is adapted in on-line mode to cope with system uncertainty and time varying effects. Thus, the control performance is more accurate and robust compared with non-adaptive model based methods. To speed up algorithm calculation, different optimisation algorithms are investigated and performance compared. Finally, the developed method is evaluated on a well-known engine benchmark, a simulated mean value engine model (MVEM). The simulation results demonstrate the effectiveness of the developed method.     

一种多变量预测控制的分程控制策略实现方法

针对包含分程控制回路的控制系统具有 非线性特征,提出一种适用于多变量模型预测控制的分程控制实现方法.在分程控制的各线性区间内根据 各分程阀的不同动作组合建立预测模型,通过在线比较控制器输出信号值与相应定义的中间阈值选择模型,模型 发生切换时保留切换前模型中的输出预测值作为当前模型下的初始输出预测值;解决了控制过程存在分程 控制需求时,多变量预测控制器的设计问题,提高了线性预测控制器的适用范围.仿真结果验证了所提出 方法的有效性.     

基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法研究

针对一类非线性系统在持续扰动下的控制问题,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法。首先,引入U模型方法进行被控对象建模,提高处理非线性系统的能力,结合自抗扰控制方法,设计基于U模型的改进自抗扰控制器。在非线性反馈环节引入模糊免疫方法实现非线性智能反馈,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制系统。最后仿真实验表明：基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法在保持了基于U模型的自抗扰控制的简洁性和良好抗扰性能的基础上,简化了控制器参数调节过程,在持续未知扰动下的跟踪速度、精度都更优。     

分层角色模型的研究和实现

访问控制是众多计算机安全解决方案中的一种.基于角色的访问控制是目前公认的解决大型企业的统一资源访问控制的有效方法.本文所论述的分层角色访问控制模型是在对基于角色的访问控制模型的研究基础上提出的一种改进的基于角色访问控制的模型,以解决其在实际应用中所遇到的问题.分层角色访问控制模型通过人员-人员范围,人员范围-角色,资源-资源范围,操作-角色的分层预处理转换为角色-操作,角色-(人员范围=资源范围)的两个二维矩阵的判决,最终通过增加分层预处理方法降低了在处理访问控制权限判决点时的复杂度.     

面向XML文档的细粒度强制访问控制模型

XML文档存放的信息需要受到访问控制策略的保护.现有的一些面向XML文档的访问控制模型都是基于自主访问控制策略或基于角色的访问控制.高安全等级系统需要强制访问控制来保证系统内信息的安全.首先扩展了XML文档模型使其包含标签信息,并给出了扩展后的文档模型需要满足的规则.然后通过讨论XML文档上的4种操作,描述了面向XML文档的细粒度强制访问控制模型的详细内容.该模型基于XML模式技术,它的控制粒度可以达到文档中的元素或者属性.最后讨论了该模型的体系结构和一些实现机制.     

Modelling and control of an acetylene converter

In this paper, the modelling and control of an industrial acetylene converter are examined. A kinetic model of the key reactions is proposed, and incorporated in a dynamic model of the converter. Plant data are used to tune the model, and values for the activation energies are shown to agree with values obtained from the literature. In addition, the estimated reaction rates are shown to decrease with increasing run length. A linear, low order model is developed from the full dynamic model. The process is shown to possess a significant delay time which made control of the outlet conditions difficult. The linear model is used to design a controller for the outlet temperature, and it is shown that a model based controller can satisfactorily control the outlet temperature, while a PID controller cannot.     

直升机执行器故障的双时标容错控制系统设计

针对直升机的执行器故障,本文提出了一种基于双时标模型的自适应容错控制方法.根据直升机的不同状态变量响应时间不同的特点和时标分离理论,将直升机模型划分为快速(姿态动力学)和慢速(平移动力学)两种时标模型.反步控制方法和逆动力学控制方法分别被用于进行快慢两种模型控制器的设计,并在控制过程中采用了不同的控制周期.在双时标模型中,引入了执行器效率因子(actuator effectiveness factors,AEFs)用于表示执行器的健康情况.利用无色卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)对AEFs进行了在线估计,估计结果用于快速和慢速模型控制器的自适应重构.仿真结果表明,该自适应容错控制方法,能够有效的消除执行器故障(包括常值和时变故障)对直升机飞行性能的影响,并取得良好的控制效果.     

Optimal velocity model with consideration of the lateral effect and its feedback control research

In this paper, a car-following model with the consideration of lateral effect is constructed. An improved control signal with considering more comprehensive information is introduced according to the feedback control theory. The stability conditions with control signal or not are derived. Numerical simulations are carried out to illustrate the advantage of the modified model with and without the control signal, and the results are consistent with the analytical ones.     

Nonlinear predictive control of smooth nonlinear systems based on Volterra models. Application to a pilot plant

There is a large demand to apply nonlinear algorithms to control nonlinear systems. With algorithms considering the process nonlinearities, better control performance is expected in the whole operating range than with linear control algorithms. Three predictive control algorithms based on a Volterra model are considered. The iterative predictive control algorithm to solve the complete nonlinear problem uses the non‐autoregressive Volterra model calculated from the identified autoregressive Volterra model. Two algorithms for a reduced nonlinear optimization problem are considered for the unconstrained case, where an analytic control expression can be given. The performance of the three algorithms is analyzed and compared for reference signal tracking and disturbance rejection. The algorithms are applied and compared in simulation to control a Wiener model, and are used for real‐time control of a chemical pilot plant. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.