非完整移动机械臂的鲁棒跟踪控制

针对非完整移动机械臂惯性参数的不确定性,采用滑模控制为其设计了输出跟踪控制器。首先给出了包括驱动电机动态特性的非完整移动机械臂的简化动态模型,然后通过微分同胚和输入变换将其分解为4个低阶子系统,并给出了其输出跟踪的滑模控制器设计方法。仿真实验表明,所设计的鲁棒控制器能很好地跟踪给定轨迹。     

动态滑模控制及其在移动机器人输出跟踪中的应用

针对轮式移动机器人的输出跟踪问题,提出一种动态滑模控制方法,首先给出机器人的动力学简化模型,然后将其分解成两个低阶子系统,并给出其输出跟踪的动态滑模控制器设计方法,仿真试验表明该方法能明显地削弱滑模控制系统的抖振。     

一类不确定非线性系统的鲁棒自适应控制

针对一类MIMO不确定非线性系统的输出跟踪问题, 基于自适应反步法和滑模控制为其设计了鲁棒自适应控制器. 模型包含3种不确定性: 1) 参数不确定性; 2) 输入增益的不确定性; 3) 代表系统未建模动态和干扰的不确定函数, 该函数有界. 以非完整移动机械臂的输出跟踪控制为目标, 对其进行仿真实验, 实验结果表明所提出的控制算法是正确有效的.     

一类不确定非线性系统的鲁棒白适应控制

针对一类MIMO不确定非线性系统的输出跟踪问题,基于自适应反步法和滑模控制为其设计了鲁棒自适应控制器。模型包含3种不确定性：1）参数不确定性;2）输入增益的不确定性;3）代表系统未建模动态和干扰的不确定函数,该函数有界。以非完整移动机械臂的输出跟踪控制为目标,对其进行仿真实验,实验结果表明所提出的控制算法是正确有效的。     

柔性机械臂的双时间尺度组合控制

本文研究柔性机械臂的轨迹跟踪和振动抑制问题. 首先, 利用Lagrange法和假设模态法建立柔性机械臂的动态模型, 进而利用奇异摄动理论得到柔性机械臂的双时间尺度模型. 然后, 基于慢时间尺度模型利用滑模控制理论设计轨迹跟踪控制器; 借助于快时间尺度模型利用自适应动态规划设计参数不精确已知情况下的最优振动抑制控制器; 将二者相结合, 构造双时间尺度组合控制器, 利用奇异摄动理论证明闭环系统稳定. 最后, 在Matlab/Simulink环境下进行实验, 与现有方法相比, 本文设计的控制器对柔性振动具有更好的振动抑制效果, 跟踪精度更高.     

电液负载模拟器的自适应滑模控制方法

针对电液负载模拟器存在的系统非线性、不确定性和强干扰的控制难点,设计了自适应滑模控制方法.设计积分滑模以降低控制器对期望跟踪轨迹高阶导数的要求;设计动态滑模算法抑制抖振;采用小脑模型关节控制器(CMAC)在线学习系统不确定性以降低控制器参数设计的保守性.设计了自适应滑模控制律,给出了CMAC神经网络权值调整算法,证明了控制器的稳定性,以确保系统稳定且输出跟踪误差渐近收敛于零.仿真结果证明了控制策略的有效性.     

一类输入受限的不确定非仿射非线性系统二阶动态terminal 滑模控制

针对一类输入受限的不确定非仿射非线性系统跟踪控制问题, 提出一种二阶动态terminal 滑模控制策略. 在不损失模型精度, 并考虑系统输入饱和受限的前提下, 给出一种适用于全局的不确定非仿射非线性系统近似方法. 提出小波小脑模型干扰观测器设计方法, 实现复合扰动的有效逼近. 构造辅助系统分析输入饱和对跟踪误差的影响. 通过构造基于PI 滑模面的terminal 二阶滑模面, 给出二阶动态terminal 滑模控制器设计过程, 克服了传统滑模的抖振问题. 仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

基于改进的FNNs移动机械臂输出反馈跟踪控制

针对包含电机动态模型的移动机械臂系统,提出一种鲁棒自适应输出反馈控制方法.将误差符号函数鲁棒积分反馈与神经网络前馈结构相结合用于控制器的设计,然后利用神经网络去逼近机器人和电机系统的不确定项,设计鲁棒项实时补偿网络误差.通过Lyapunov稳定性分析证明闭环系统所有信号半全局一致有界.最后仿真实验表明,控制方法对系统动态不确定性和外界干扰有很好的鲁棒性,可实现移动机械臂的输出反馈跟踪控制.     

二阶动态滑模控制在磁悬浮控制系统中的应用

磁悬浮是典型的非线性、不稳定系统.为了实现其控制,本文采用了一种结合二阶滑模和动态滑模两种设计思想的二阶动态滑模控制器的设计方法,首先推导了磁悬浮系统的线性化状态空间模型;然后针对被控对象设计了二阶动态滑模控制器;最后与普通滑模控制器进行对比仿真试验.仿真结果表明,所设计的二阶动态滑模控制器在使小球快速稳定到达平衡点的同时,大大削弱了普通滑模控制器中存在的严重抖振现象.     

基于非回归矩阵的移动机械臂的自适应控制

针对非完整移动机械臂系统的输出跟踪问题,在系统的惯性参数及未建模动态未知的情况下,根据动力学方程的性质,为其设计了基于非回归矩阵的自适应控制律。将其用于一类非完整移动机械臂的输出跟踪控制,仿真结果验证了所提出控制方法的正确有效性。     

A robust MIMO terminal sliding mode control scheme for rigidrobotic manipulators

In this paper, a robust multi-input/multi-output (MIMO) terminal sliding mode control technique is developed for n-link rigid robotic manipulators. It is shown that an MIMO terminal switching plane variable vector is first defined, and the relationship between the terminal switching plane variable vector and system error dynamics is established. By using the MIMO terminal sliding mode technique and a few structural properties of rigid robotic manipulators, a robust controller can then be designed so that the output tracking error can converge to zero in a finite time, and strong robustness with respect to large uncertain dynamics can be guaranteed. It is also shown that the high gain of the terminal sliding mode controllers can be significantly reduced with respect to the one of the linear sliding mode controller where the sampling interval is nonzero     

Design and experimental validation of a second-order sliding-mode motion controller for robot manipulators

This article presents an original motion control strategy for robot manipulators based on the coupling of the inverse dynamics method with the so-called second-order sliding mode control approach. Using this method, in principle, all the coupling non-linearities in the dynamical model of the manipulator are compensated, transforming the multi-input non-linear system into a linear and decoupled one. Actually, since the inverse dynamics relies on an identified model, some residual uncertain terms remain and perturb the linear and decoupled system. This motivates the use of a robust control design approach to complete the control scheme. In this article the sliding mode control methodology is adopted. Sliding mode control has many appreciable features, such as design simplicity and robustness versus a wide class of uncertainties and disturbances. Yet conventional sliding mode control seems inappropriate to be applied in robotics since it can generate the so-called chattering effect, which can be destructive for the controlled robot. In this article, this problem is suitably circumvented by designing a second-order sliding mode controller capable of generating a continuous control law making the proposed sliding mode controller actually applicable to industrial robots. To build the inverse dynamics part of the proposed controller, a suitable dynamical model of the system has been formulated, and its parameters have been accurately identified relying on a practical MIMO identification procedure recently devised. The proposed inverse dynamics-based second-order sliding mode controller has been experimentally tested on a COMAU SMART3-S2 industrial manipulator, demonstrating the tracking properties and the good performances of the controlled system.     

机器人的非奇异终端神经滑模轨迹跟踪控制

针对具有不确定性的机器人系统,为提高系统的稳态跟踪精度,提出一种非奇异终端神经滑模轨迹跟踪控制方案.控制器采用改进的非奇异终端滑模面,并基于径向基函数神经网络自适应调整控制律的切换项,不但克服了在设计中需要知道系统不确定性的上界的限制,而且平滑了控制信号.可应用Lyapunov稳定性理论证明了系统的渐近稳定性和跟踪误差的渐近收敛性.仿真结果验证了控制方法不仅能够保证机器人系统轨迹跟踪控制的快速性和鲁棒性,而且有效地削弱了抖振,可见方案是可行且有效的.     

机器人操作器的自适应模糊滑模控制器设计

针对机器人动力学系统提出了一种基于模糊逻辑的自适应模糊滑模控制方案.根据滑模控制原理并利用模糊系统的逼近能力设计控制器,基于李雅谱诺夫方法设计自适应律,证明了闭环模糊控制系统的稳定性和跟踪误差的收敛性.控制结构简单,不需要复杂的运算.该设计方案柔化了控制信号,减轻了一般滑模控制的抖振现象.仿真结果表明了所提控制策略的有效性.     

基于奇异摄动的双连杆柔性臂模糊控制

讨论了双连杆柔性臂位置控制问题。应用拉格朗日-假设模态法建立系统的动力学方程，并用奇异摄动法将双连杆柔性臂系统分解为两个降阶的慢变子系统和快变子系统。针对柔性臂强非线性、强耦合性及不确定性等特点，给出一种慢变子系统在反馈线性化后采用模糊控制、快变子系统因呈线性系统而采用简单的最优控制的混合控制方法。其中，模糊控制是二维PD型控制器，其输入为关节角跟踪误差及其导数。最后进行了计算机仿真，结果表明，该方法不仅能实现柔性臂轨迹的快速、准确跟踪，有效的抑制弹性振动，并且对负载的变化具有强的鲁棒性。     

基于模糊变结构的机械臂控制

现有的机械臂模糊变结构控制方法大都计算复杂或需要检测滑模面的微分信号.本文将机械臂模型分为确定部分和不确定部分进行研究,对确定部分采用一般反馈控制,对不确定部分采用变结构集中补偿控制,为了消除变结构控制器的抖震引入模糊控制方法,将滑模面作为模糊控制器的输入,补偿控制器权值作为输出.本方案不仅不需要检测滑模面微分信号,而且计算简单,易于实现.仿真结果表明,在存在模型误差和外部扰动的情况下,该方案既能达到快速跟踪,又能很好的消除控制器的抖震.     

Quasi sliding mode‐based single input fuzzy self‐tuning decoupled fuzzy PI control for robot manipulators with uncertainty

This paper presents a robust adaptive control strategy for robot manipulators, based on the coupling of the fuzzy logic control with the so‐called sliding mode control (SMC) approach. The motivation for using SMC in robotics mainly relies on its appreciable features. However, the drawbacks of the conventional SMC, such as chattering effect and required a priori knowledge of the bounds of uncertainties can be destructive. In this paper, these problems are suitably circumvented by adopting a reduced rule base single input fuzzy self tuning decoupled fuzzy proportional integral sliding mode control approach. In this new approach a decoupled fuzzy proportional integral control is used and a reduced rule base single input fuzzy self‐tuning controller as a supervisory fuzzy system is added to adaptively tune the output control gain of the decoupled fuzzy proportional integral control. Moreover, it is proved that the fuzzy control surface of the single‐input fuzzy rule base is very close to the input/output relation of a straight line. Therefore, a varying output gain decoupled fuzzy proportional integral sliding mode control approach using an approximate line equation is then proposed. The stability of the system is guaranteed in the sense of the Lyapunov theorem. Simulations using the dynamic model of a 3DOF planar manipulator with uncertainties show the effectiveness of the approach in high speed trajectory tracking problems. The simulation results that are compared with the results of conventional SMC indicate that the control performance of the robot system is satisfactory and the proposed approach can achieve favorable tracking performance, and it is robust with regard to uncertainties and disturbances. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.