Visual Feedback Balance Control of a Robot Manipulator and Ball-Beam System

In this paper, we present a vision guided robotic ball-beam balancing control system, consisting of a robot manipulator (actuator), a ball-beam system (plant) and a machine vision system (feedback). The machine vision system feedbacks real-time beam angle and ball position data at a speed of 50 frames per second. Based on feedback data, the end-effector of a robot manipulator is driven to control the ball position by maneuvering of the inclination angle of the ball-beam system. The overall control system is implemented with two FPGA chips, one for machine vision processing, and one for robot joints servo PID controllers as well as ball position PD controller. Experiments are performed on a 5-axes robot manipulator to validate the proposed ball beam balancing control system.

机械臂的PD反馈控制实用同步

设计了PD反馈控制使得可以用Lagrange方程描述的机械臂系统可以达到实用同步,得到了代数型同步判据。最后以转动机械臂为应用例子,验证了所设计的控制策略是有效可行的。

新型力觉径向基神经网络整定PD控制算法研究

结合双向液压伺服系统的特点,通过对国内外的双向伺服控制系统分析,提出一种以主从手之间的力偏差作为从动端控制信号,位置偏差形成主手控制量的新型力反馈双向伺服控制系统,同时采用了RBF神经网络整定PD控制算法。通过仿真实验结果表明,该算法对新型力觉双向伺服控制系统具有控制简单、收敛速度快、实时性好的特点,进而改善了系统的动态性能,具有较强的鲁棒性、自适应性和快速性。

混沌Lur′e系统基于时滞反馈PD控制的同步

研究了混沌Lur′e系统同步的时滞反馈比例-微分(PD)控制器设计问题.系统中的非线性函数假设属于一个既有上界又有下界的扇形,这比相关文献中所使用的假设更具一般性.通过应用自由矩阵积分不等式来估计所构造的Lyapunov-Krasovskii泛函(LKF)的导数,提出了以一组线性矩阵不等式(LMIs)形式给出的同步判据,相应的控制器增益矩阵可以通过求解LMIs来获得,所得判据中不要求构造的LKF泛函中所有对称矩阵都正定.时滞Chua电路的数值仿真验证了该控制方法的有效性.

具有通信约束的反馈辅助PD型量化迭代学习控制

本文针对网络线性系统,研究了具有通信约束的反馈辅助PD型迭代学习控制问题.信号从远程设备传输到迭代学习控制器过程中,存在数据量化与数据包丢失的情况.将数据包丢失模型描述为具有已知概率的伯努利二进制序列,采用扇形界方法处理数据量化误差,提出了一种反馈辅助PD型迭代学习控制算法.采用压缩映射法分析证明了在存在数据量化和丢失的情况下,所提控制算法依然可以保证跟踪误差渐近收敛到零.并进一步对存在初始状态偏移时所提算法的鲁棒性进行了讨论.最后,通过仿真示例,对比验证了理论结果的有效性和优越性.

挖掘装置操作臂末端轨迹控制的试验研究

对排雷机器人挖掘装置的操作臂系统进行了动力学分析 ,建立了其动力学方程 ;利用 PD反馈控制法对操作臂的末端轨迹控制进行了测试试验。测试结果表明 ,控制系统使操作臂具有较好的摆角收敛性 ;位置精度在 X方向的误差值小于 2 3mm,误差率小于 2 .3% ,在 Y方向的误差值小于 1 6mm,误差率小于 2 .0 % 。

实现人身和机器人交流的神经振动子控制算法

为实现人身和机器人交流时的运动同步,首先提出了一类非线性多关节神经振动子运动控制算法,其输入为机器人和人相互作用所产生的关节扭矩信号,输出为机器人关节期望角度;然后对具有代表性的二关节神经振动子控制算法中各参数的耦合特性进行了分析;最后,基于7自由度机器人臂平台对该神经振动子控制算法的有效性进行实验.实验结果表明,该控制算法能够实现人和机器人相互运动的同步,通过调节神经振动子的增益参数,同步的程度能够被改变.

风机叶片打磨机器人的动力学控制

针对风机叶片打磨加工的特性,设计了可替代人工作业的机器人系统。在对风机叶片打磨机器人系统进行动力学建模的基础上,分别提取出移动平台和机械手的动力学模型。针对两个子系统分别采用了滑模控制和PD(比例微分)反馈控制。最后进行了仿真实验,通过对实验结果的分析得出:所建立的控制器可实现对风机叶片打磨机器人的有效控制,仿真结果符合移动机械手系统的相关特性。

电磁永磁混合磁悬浮控制系统刚度的研究

电磁永磁混合磁悬浮系统的悬浮磁极加上永磁部分之后,系统的不稳定因素增多了,这就要求控制系统有更快的响应速度,更高的刚度。基于混合悬浮控制系统的刚度问题,分析比较了状态反馈控制系统、PD控制系统和PDF控制系统的抗干扰能力,从而为解决混合悬浮系统刚度问题提供了一种理论依据。

具有简单重力补偿的机械手反馈控制

讨论在关节空间中机械手的反馈镇定问题。首先通过构造新的 L yapunov函数 ,证明了 PD控制规律加简单的 (期望位置的 )重力补偿可以全局镇定刚体机械手系统 ,改进了需要精确重力补偿的 PD控制规律。进一步利用机械手动力学方程中的无源性 ,提出了具有简单重力补偿的动态输出控制规律。由于期望位置的重力可以离线计算 。

基于反馈控制的迭代学习控制器设计

针对具有不确定项或干扰项的重复非线性时变系统 ,提出了基于反馈控制的迭代学习控制器 ,其中迭代学习控制器设计为高阶PD型 ,它以前馈的形式作用于对象 .在满足一定的收敛性条件下 ,证明了该控制器的跟踪误差界是系统初始状态误差界和系统输出干扰项界的线性函数 ,同时改变反馈增益可以调整系统的最终跟踪误差界 .仿真与实验均表明了该方法的有效性 .

冗余度机器人自运动中的混沌运动及其控制

以一个平面 3R刚性冗余度机器人为研究对象 ,采用PD调节器进行工作空间内的负反馈 ,控制机器人末端重复跟踪工作空间内封闭路径 ,对此过程中机器人自运动中可能存在的混沌运动进行了研究 .通过运动仿真和相图 ,以及计算系统的最大李亚普诺夫指数 ,研究发现 ,基于雅可比矩阵的伪逆 ,求解冗余度机器人运动学逆解时其自运动是混沌的 .首次应用延迟反馈控制法对所发现的混沌运动进行控制 ,在适当的参数条件下 ,成功地将混沌运动转变为规则的周期运动 .

基于转速反馈的正面吊防熄火控制研究

针对正面吊运机在重载状态时,发动机容易过载而熄火的问题,分析了发动机与液压系统的功率匹配问题,通过研究发动机的工作特性,提出了一种基于转速反馈的防熄火控制方法,采用增量PD控制算法控制发动机的失速率保持在一个适当的水平,既保证了发动机不熄火,又尽量利用了发动机的转矩能力,并且保持发动机转速的变化平稳,通过在合力RS4532型正面吊运机上进行实际实验,验证了该方法的有效性。

移动机械手的整体运动学建模与控制

移动机械手由一个机械手固定安装在一个移动平台上构成。移动平台和机械手的不同物理特性使移动机械手的建模和协调控制成为机器人领域的难点之一。本文对移动机械手进行了运动学分析,给出了其整体运动学建模方法;针对移动机械手的非线性和强耦合特点,设计了PD反馈控制器;仿真实验证明该控制器具有良好的控制效果。

空间电磁对接的非线性控制

空间电磁对接技术能避免诸如推进剂消耗、羽流污染和对接冲击等现有基于推力器对接所固有的不足,对接装置具有较高性价比,在小卫星领域具有广阔应用前景.空间电磁对接控制具有强非线性特性,论文综合采用反馈线性化理论及PD控制方法对该控制问题进行研究.首先基于反馈线性化理论线性化控制模型,根据空间电磁对接任务特性分析其适用性;基于线性化模型,将空间电磁对接路径跟踪问题转换为跟踪误差渐近稳定问题,采用基于扩展卡尔曼滤波的PD控制方法设计控制律;最后本文做了仿真分析,其中考虑了电磁力模型误差和地球非球形J2项的影响.理论研究与仿真分析表明:该控制方法能有效解决空间电磁对接控制的强非线性问题,对外界干扰、模型误差具有较好鲁棒性.

一类非自衡对象的预测函数控制

预测函数控制具有降低被控对象的惯性和增强鲁棒性的特点,成功应用于快速高精度控制中。针对含有积分环节的非自衡对象的,不能直接应用预测函数控制,本文提出了先通过PD的反馈补偿将其转换为有自平衡的等效对象,然后再应用预测函数的控制策略。通过具体实例的仿真可以看出,这种方法不仅保持了预测函数良好的跟踪能力,还扩宽了预测函数的应用范围。

基于线性变参数H_∞反馈的机器人迭代学习控制器设计

提出了一种基于线性变参数 (LPV)H∞ 反馈的迭代学习控制器 ,用于不确定性机器人的高精度轨迹跟踪 .此控制器包括反馈部分和前馈部分 ,其中反馈部分设计为LPVH∞ 控制 ,前馈部分设计为高阶PD型迭代学习控制 .在满足一定的收敛条件下 ,证明了该控制器的跟踪误差界正比于系统初始误差界和系统输出干扰项界 .仿真结果不仅验证了此控制器随机器人关节位置变化始终具有干扰衰减、鲁棒稳定的性能 ,而且还验证了此控制器具有高精度轨迹跟踪的性能 .

机械手在进行装配操作时的力/位置混合控制

针对机械手在进行装配作业时出现的多种运动状态，以机械抓手与曲面上待接触点的相对距离为运动约束，根据选用的运动学及动力学特征因子，建立了能满足机械手做上述运动的动力控制方程，计算出机械手在整个作业过程中的动力学特性和所需的控制力矩，分析了影响碰撞能量损失的诸因素。从计算结果看出，本文选用的前馈力控制加上闭环的 Ｐ Ｄ 控制，在机械手受到碰撞时，仍能保持很强的鲁棒性。

角位移跟踪控制系统的优化设计

角位移的跟踪测量在工程中应用较为广泛,利用PD校正器、PID校正器、H(s)闭环反馈控制三种方法,对角位移跟踪控制系统进行优化,结果均能改变系统发散振荡的状态,使系统能够满足生产实际中的要求。

永磁悬浮平台的分散串级控制方法

针对各悬浮单元磁力特性差异导致的倾斜问题,设计一种用于无接触传送的永磁悬浮平台,提出了具有气隙偏差积分反馈的分散式串级控制方法.首先,分析了悬浮平台的动力学模型与平衡条件,获得各悬浮单元气隙与平台三自由度之间的变换关系;其次,根据悬浮单元系统特点设计了双闭环串级控制系统,外环是以气隙为被控对象的主调节回路,内环是以转角为被控对象的随动回路,并引入气隙偏差进行积分反馈;最后,通过悬浮实验进行验证.结果表明:引入积分反馈后,起浮后各磁悬浮单元气隙一致,向不同位置施加0.1 kg重物,各悬浮单元气隙同步增大0.12 mm;悬浮平台能够通过调节内环转角弥补磁力特性差异并实现偏载下水平悬浮,但系统的调节时间比无积分反馈的分散串级控制系统增加约1.4倍.