基于固定时间终端滑模控制的塔吊防摆定位研究

为了提高受外部干扰的四自由度欠驱动塔吊系统防摆定位控制性能和鲁棒性能,研究了基于固定时间收敛理论的非奇异快速终端滑模控制(Non-singular fast terminal sliding mode control,NFTSMC)方法。设计了一种非奇异快速终端滑模面,可避免控制器在系统状态接近平衡点时发生奇异。为有效抑制滑模控制器的抖振效应,设计了一种弱抖振固定时间趋近律。在此基础上,提出了一种基于固定时间分层滑模的塔吊防摆控制方法,并利用Lyapunov理论证明了闭环系统的固定时间有界。最后仿真结果验证了所提方法的有效性。

桥式吊车自适应超螺旋移动滑模控制研究

针对变绳长下的桥式吊车防摇定位控制问题,提出了一种基于不确定性和扰动估计器的自适应增益超螺旋移动滑模控制的方法。首先,所设计的移动滑模面可以根据输入的误差及相应的导数实时改变自身的斜率;此外,在该移动滑模面上加入动态指数项以使任意初始状态误差变量都在滑模面上,从而大大提高系统的鲁棒性和控制性能。其次,为实现系统状态误差的快速收敛,设计一种自适应超螺旋滑模控制算法,该方法不仅能有效地削弱控制系统的抖振,也能很好地抑制系统的匹配扰动,另外构造一个不确定性和扰动估计器用来解决系统的非匹配扰动。最后利用李雅普诺夫理论对该控制器进行了稳定性分析,仿真结果表明了该控制器的有效性。

双臂空间机器人的固定时间轨迹跟踪控制

针对双臂空间机器人轨迹跟踪控制问题,考虑系统跟踪误差收敛时间易受初始状态影响,提出与初始状态无关的固定时间非奇异快速终端滑模控制策略.基于固定时间稳定性理论,设计改进的固定时间非奇异快速终端滑模面.该滑模面解决了终端滑模控制的奇异问题,使得系统跟踪误差在远离、接近原点时均有较快的收敛速度.为了削弱滑模控制存在的抖振现象和提高趋近阶段的收敛速度,提出改进的固定时间趋近律,应用李雅普诺夫理论证明闭环系统的固定时间稳定.以双臂空间机器人为被控对象进行对比仿真,结果表明,所提控制策略具有更高的控制精度、更快的收敛速度和更强的鲁棒性.

基于固定时间的柔性关节空间机器人阻抗控制

针对存在外部干扰的一类自由飞行的柔性关节空间机器人柔顺控制问题,提出了一种基于固定时间收敛的阻抗控制设计方法。该方法根据期望阻抗模型计算阻抗误差,进而采用反演法设计控制器,并利用非线性动态面方法对虚拟控制量进行滤波处理,在保证固定时间收敛的同时,解决了反演控制“微分项膨胀”问题。通过构造合适的Lyapunov函数,证明闭环系统半全局固定时间一致最终有界稳定。仿真结果表明,所设计的阻抗控制器具有良好的柔顺控制效果。

基于改进圆检测算法的桥吊负载空间定位

针对传统桥吊的接触式摆角检测仪检测精确低、存在死区等缺点,且目前桥吊视觉检测方法的标识物过于繁琐且对旋转倾斜较为敏感的问题,提出了一种视觉目标检测算法来实时获取桥吊负载的空间位置。在桥吊负载上加球形标识物,通过获取球形标识物的信息来获得摆角与绳长信息。在设计出的搜索框中用改进的圆检测算法识别出球心位置与半径,之后通过空间几何方法来获取实时的摆角与绳长。利用桥吊视觉实验装置将提出的视觉检测技术与增量式编码器获取的结果进行对比分析,结果表明:视觉检测方法精确地获取摆角,为桥式吊车防摇控制系统提供更为精确的数据。

基于UDE的桥吊模型参考自适应滑模控制

为解决不确定性条件下,因桥式吊车系统与其数学模型失配而导致的控制器设计困难的问题,提出一种不依靠精确模型信息的桥式吊车模型参考自适应控制策略。首先,使用不确定性扰动估计(UDE)技术来估计包含匹配和非匹配扰动的模型误差。然后,通过设计基于UDE的无抖振模型参考自适应滑模控制器保证桥式吊车能够在不确定性条件下实现小车到达指定位置的同时消除负载摆动。最后,通过李雅普诺夫稳定性理论证明了该控制系统的闭环稳定性。仿真分析证明了该方法的有效性。

基于模糊补偿的连续型空间机械臂预定时间控制

针对多节线驱连续型空间机械臂系统,在考虑存在外界时变干扰与参数不确定的情况下,提出基于模糊补偿的预定时间姿态控制方法.设计模糊估计器估计系统切换增益,补偿未知有界总干扰.基于预定时间稳定性理论,结合滑模控制,提出预定时间控制方法,使机械臂系统在预先设定时间内到达稳定状态.与基于有限时间理论的控制方法相比,所提基于预定时间控制方法的稳定时间与系统初始状态无关,可以根据实际系统需求预先设置,并且所提方法在系统收敛速度与精度上具有更优的控制性能.基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性.仿真结果表明,所提控制方法使系统姿态角误差快速收敛,并且预定时间稳定.