静力学辨识力矩补偿控制抑制机械臂振动研究

机械臂在完成定位抓取时,由于本身存在柔性引起振动影响机械臂的工作效率。因此,大多专家学者通过设计控制器进行开环前馈控制,但由于忽略机械臂关节端摩擦和电机端摩擦等非线性因素,控制器控制精度不足,抑制关节振动效果欠佳。对此提出通过静力学辨识得到准确的摩擦力矩补偿量,设计精确的关节力矩补偿控制律。最后,通过MATLAB仿真验证方法的有效性。

A Single Resistor Tunable Grounded Capacitor Dual-Input Differentiator

A new current feedback amplifier (CFA) based dual-input differentiator (DID) design with grounded capacitor is presented;its time constant (τo) is independently tunable by a single resistor. The proposed circuit yields a true DID function with ideal CFA devices. Analysis with nonideal devices having parasitic capacitance (Cp) shows extremely low but finite phase error (θe);suitable design θe could be minimized significantly. The design is practically active-insensitive relative to port mismatch errors (ε) of the active element. An allpass phase shifter circuit implementation is derived with slight modification of the differentiator. Satisfactory experimental results had been verified on typical wave processing and phase-selective filter design applications.

太阳电池翼调姿后残余振动抑制的整形器设计

根据太阳电池翼的结构固有频率和模态阻尼参数,设计基于零位移算法的输入整形器,用于抑制太阳电池翼调姿后的残余振动。分别用太阳电池翼有限元模型的动力响应仿真和缩比模型试验测试,验证整形后的转角输入函数驱动太阳电池翼调姿能抑制残余振动,且具有较强的鲁棒性。

挠性航天器LMI抗饱和控制及模态振动抑制

针对挠性航天器中输入受限和模态振动问题,分别设计了抗饱和补偿器以及输入成型器。设计基于线性矩阵不等式(line matrix inequality,LMI)抗饱和补偿器,保证了挠性航天器受限控制系统的稳定。同时,为了降低挠性结构和受限问题带来的模态振动,设计了输入成型器,并将成型器改进优化增强模态抑制效果。与传统的抗饱和控制相比,补偿器不增加系统状态阶数,控制器不需要模型的状态信息。并且通过增加输入成型器,增强模态振动抑制效果,优化了系统输出曲线。理论分析和仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

双输入整形器抑制两轴转动太阳翼调姿后的残余振动

在非惯性系下建立太阳电池翼的运动方程,完成双输入整形器的理论推导,解决两轴转动太阳电池翼调姿后的残余振动问题。双输入整形器根据太阳电池翼的结构固有振动特性,包括固有频率、阻尼比、质量阵和模态向量,针对每个转角输入设计基于连续传递函数的双输入整形器,用于抑制两轴转动太阳电池翼调姿后的残余振动。通过太阳电池翼弯曲-扭转两轴转动有限元模型动力学仿真,验证整形后的转角输入函数驱动太阳电池翼调姿能有效抑制残余振动,且在电池翼结构参数有所震荡的情况下具有较好的鲁棒性。

空间柔性伸杆机构振动抑制的半物理仿真试验

研究空间柔性伸杆机构的振动抑制问题,提出一种基于伸杆机构自适应指令整形(Adaptive input shaper,AIS)与航天器本体输出反馈控制相结合的复合控制策略,基于经验传递函数估计方法(Empirical transfer function estimate,ETFE),建立最优指令整形器(Optimal arbitrary input shaper,OAIS)的自调整机制,得到改进的自适应指令整形器。以金字塔构型的单框架控制力矩陀螺簇(Single gimbal control moment gyros,SGCMGs)为本体执行机构,详细设计基于实时仿真机、PMAC实时运动控制板卡、SGCMGs等实物的半物理仿真试验平台。在考虑环境干扰力矩以及执行机构控制受限的情况下对控制方法进行半物理仿真试验验证。结果表明:与基于OAIS及无指令整形前馈控制的复合控制方法相比,提出的控制方法可有效抑制伸杆机构的低频振动,实现航天器本体姿态的精确跟踪和伸杆机构的高精度指向控制。

一种机械臂协调操作柔性负载的振动控制研究

基于柔性负载有限元模型,推导了负载振动的数学模型,分析了振动产生的原因。通过偏值点的引入设计任意阶数的EI成型器和多个波峰形式的Multi-EI成型器。利用成型器具有周期延伸特性抑制多模态柔性物体的振动,并把这一方法应用到机械臂协调操作柔性负载的振动控制中。对两个机械臂协调操作柔性负载进行了仿真,仿真结果证明了振动模型与成型器的有效性。

基于输入整形技术的吊车系统防摆控制

针对传统吊车防摆闭环控制方法存在的控制器设计相对复杂、控制效果不理想、不易实现等问题,提出了一种基于经典控制理论与前馈输入整形技术相结合的控制技术。首先,对吊车系统进行建模并简化数学模型,采用经典控制理论设计吊车的伺服控制系统。其次,在吊车伺服系统的基础上,引入输入整形技术设计吊车系统的ZV输入整形器。最后,通过MATLAB仿真验证所提出控制技术的有效性。

输入成型在卫星喷气姿态机动控制中的应用

针对空间飞行器常带有大型挠性附件,而挠性附件的振动往往使控制系统性能变差的问题,提出了一种能有效抑制系统残留振动的姿态机动控制策略,即机动控制内环结合前置补偿结构.控制内环为由姿态控制执行机构(PWPF modulator)、控制器(PD controller)构成的挠性卫星姿态闭环系统,前置补偿器采用多模态输入成型器.内环用于保证主刚体的期望转动,输入成型器则用于抑制系统的残留振动.仿真结果表明:在卫星姿态满足期望指向的前提下,基于Pade′拟合设计的多模态成型器更短,对于系统的参数摄动也具有一定的鲁棒性.该控制策略改善了姿态机动控制系统的过渡过程.

EI输入整形器的设计方法研究

采用极不灵敏法来设计极不灵敏输入整形器,在Singhose提出的极不灵敏法基础上,完成了对无阻尼系统多峰极不灵敏输入整形器的推导过程,仿真结果表明用此方法设计的输入整形器能有效地抑制残留振荡,且较之ZV和ZVD整形器,其鲁棒性得到进一步的改善,但这种鲁棒性的改善是以牺牲响应速度为代价的.

基于极不灵敏法的EI输入整形器的分析与设计

文章采用极不灵敏法来设计EI输入整形器,在Singhose[1,2]提出的极不灵敏法基础上,完成了对无阻尼系统多峰EI输入整形器的推导过程,仿真结果表明用此方法设计的输入整形器能有效地抑制残留振荡,且较之ZV和ZVD整形器,其鲁棒性得到进一步的改善,但这种鲁棒性的改善是以牺牲响应速度为代价的。

基于复数法的输入整形器的设计与研究

提出了一种新的输入整形器的分析设计方法-复数法.即根据系统残留振荡的特点,用复数表示输入整形器的各脉冲,将输入整形器的运算转化为数学运算,推导出ZV和ZVD整形器的表达式,并对其响应速度和鲁棒性等性能进行了分析.仿真结果验证了按此方法设计的输入整形器确能抑制残留振荡.

抑制残留振动的三种整形器设计和鲁棒性分析

提出用 z平面上极零相消概念设计整形器 ,可以避免求解复杂方程组。使用提出的方法对两模态柔性系统设计了三种整形器。振动抑制仿真显示 ,提出的方法对设计有强鲁棒性的 ZVD和

时间优化的输入整形抑制一种小摩擦系统的残留振动

为使小摩擦系统快速稳定地从加速阶段进入恒速运动阶段有效抑制该过渡过程残留振动,优化运动响应时间的延迟,论文以直线摆这一小摩擦系统为研究对象,设计UMN-ZV、UMN-ZVD和UMN-EI整形器,并应用到直线摆由加速进入恒定速度段运动中。实验结果表明,单位幅值负脉冲整形器能够抑制直线摆的残留振动的同时,明显减少了系统响应时间的延迟。

用于残余振动抑制的深度神经网络输入整形器

针对多轴伺服系统在高速运动急停段因系统柔性产生的残余振动问题,提出了一种适用性广的后置自适应输入整形器算法。该算法无需辨识系统模态参数,以递归最小二乘法(RLS)为基础,残余振动信号作为算法输入,优化得到当前轨迹下抑振效果最优的整形器系数向量,并引入自适应遗忘因子更新算法,以提高整形器在非平稳环境下的跟踪性能。同时建立多层全连接神经网络模型,选择多组激励轨迹作为样本对网络模型进行训练,解决了原有算法在轨迹多次变更的工况下,重新进行优化引起的时间成本显著增加的问题。实验结果表明:相比普通后置自适应输入整形器,应用带自适应遗忘因子后置输入整形器整形后的轨迹停止后的残余振动幅值平均减小了28.3%,最多的减小36.9%,残余振动收敛时间缩短28.4%。应用基于多层神经网络模型的输入整形器整形后的残余振动幅值相比普通后置自适应输入整形器平均减小了21.6%,最多的减小29.8%,残余振动收敛时间缩短23.7%。本研究提出的算法对于提高多轴伺服系统定位精度、缩短定位等待时间具有一定的应用意义,并且多层神经网络模型的引入在期望轨迹变化频繁的工况下提高了整体工作效率。

阻尼矢量图法设计输入整形器抑制柔性机械臂的残留振荡

输入整形技术的研究源于抑制小阻尼伺服系统振荡模态的残留振荡,其能以简单的开环控制实现系统的快速定位,因而在抑制高精度定位系统的残留振荡方面得到了广泛应用。本文提出了一种新的输入整形器的分析设计方法———阻尼矢量图,即将无阻尼系统的矢量图法推广应用于有阻尼系统,为有阻尼系统提供了一种输入整形器的图形化分析与设计方法,其运用简便、直观,且能在图上直接对输入整形器的鲁棒性进行分析,将其应用于柔性机械臂的残留振荡控制中,仿真结果验证了按此方法设计的输入整形器确能抑制残留振荡。

基于输入整形技术的屋面材料送料系统

在对屋面材料自动送料控制系统进行建模的基础上,采用经典控制理论与输入整形技术相结合的控制方法,设计了屋面材料自动控制系统。经实际应用表明:整形后的位置响应超调量明显缩小,输出摆角明显减小,说明该控制系统实现了屋面材料送料系统的防摆控制,且稳定、可靠。

复数法设计输入整形器抑制柔性机械臂的残留振荡

提出了一种新的输入整形器的分析设计方法-复数法。即根据系统残留振荡的特点,用复数表示输入整形器的各脉冲,将输入整形器的运算转化为数学运算,并将其应用于柔性机械臂的残留振荡控制中,仿真结果验证了按此方法设计的输入整形器确能抑制残留振荡。

基于阻尼矢量图法的输入整形器的分析与设计

提出了一种新的输入整形器的分析设计方法-阻尼矢量图,即将无阻尼系统的矢量图法推广应用于有阻尼系统,为有阻尼系统提供了一种输入整形器的图形化分析与设计方法,其运用简便、直观,且能在图上直接对输入整形器的鲁棒性进行分析。仿真结果验证了按此方法设计的输入整形器确能抑制残留振荡。

吊车系统的输入整形防摆控制

本文针对传统吊车防摆闭环控制方法存在的控制器设计复杂、控制效果不理想、不易实现等问题，提出了一种经典控制理论与前馈输入整形技术相结合的控制技术。首先，对吊车系统进行建模并简化数学模型，采用经典控制理论设计吊车的伺服控制系统。其次，引入输入整形技术设计吊车系统的ZV输入整形器。最后，通过MATLAB仿真验证所提出控制技术的有效性。