基于反步法的下肢外骨骼机器人控制研究

针对下肢外骨骼预定轨迹的控制问题,在构建了二自由度机械腿的运动学和动力学模型的基础上,提出了一种非对称液压缸负载力、伸缩量与外骨骼转动扭矩、运动角度的转化关系,采用反步法控制下肢外骨骼系统的运动轨迹。首先,采用D-H法建立了二自由度下肢外骨骼系统的运动学模型,研究了外骨骼末端执行器关节速度的变化关系,并利用拉格朗日动力学方程推导了外骨骼动力学的数学模型;然后,使用了液压缸负载力控制为机械腿运动提供了相应的扭矩,进而控制了下肢外骨骼的运动姿态;其次,针对下肢外骨骼运动时的高精度要求,利用反步法控制理论,建立了阀控非对称缸系统,结合下肢外骨骼动力学系统整体的状态空间方程,利用下肢外骨骼液压伺服系统控制了下肢外骨骼进行预定轨迹运动;最后,对AMESim软件与Visual Studio软件进行了联合仿真,对比分析了PID控制与反步法控制的精度问题。研究结果表明:针对下肢外骨骼预定轨迹控制,反步法控制误差最大值为2°,对比传统PID控制,误差降低了67%;设计的反步法控制器对于下肢外骨骼具有良好的控制精度。

基于状态空间方程的多变量PID-MAC在锅炉燃烧控制系统中的应用

为了克服锅炉燃烧系统多变量、强耦合、强干扰、大滞后的特性,提出了基于状态空间方程的模型预测算法控制(MAC)与PID控制相结合的新型多变量PID-MAC算法,并采用李雅普诺夫第二方法证明该算法导出的控制律可使控制系统闭环、稳定。以燃气锅炉燃烧系统为对象,通过仿真试验证明了该算法不仅具有PID控制稳态误差小、上升时间短以及超调小的优点,而且在一定程度上克服了PID控制调节时间长和模型算法控制稳态误差较大的不足。

汽轮机调节系统状态空间方程动态分析

介绍了状态空间分析法与经典控制理论的区别。在汽轮机调节系统各主要元件微分方程组的基础上 ,用状态空间方程对汽轮机调节系统的动态特性进行了分析 。

逻辑系统的代数状态空间方法的基础、现状及其应用

逻辑系统指自变量只取有限个值的动态系统.包括2值的经典逻辑(或布尔逻辑)、k值逻辑、(一般)有限值逻辑.近年来,利用矩阵半张量积发展起来的逻辑动态系统的代数状态空间方法得到长足的进展和普遍的重视.同时,它被广泛应用于许多工程问题或理论研究中.它类似于Rn上由微分或差分方程描述的动态系统的Kalman状态空间方法,为逻辑系统的分析与控制设计提供了一个便捷的平台.本文首先对该方法作一简要介绍,然后,对该新兴学科分支的现状作一评述.最后,详细介绍该方法目前的应用以及其更广泛的应用前景.

基于状态空间法的车辆系统可靠性分析

在分析车辆的工作、失效和维修状态的基础上,根据频率平衡方程建立车辆状态之间的转化模型,利用等价转变率理论进行状态简化,将车辆失效定义为整体失效模式和部分失效模式;在考虑车辆的各种状态及其之间的相关性以及各状态之间的动态转化关系的情况下,利用状态空间法建立单车模型以及车辆系统的状态空间模型,产生子系统和系统模型的转变率矩阵;再利用MATLAB计算程序求解矩阵方程,得到系统的可靠度.通过实例计算验证了方法的正确性和可行性.

基于遗传算法的非线性系统状态空间辨识

本文提出了一种基于遗传算法用状态空间方程描述非线性系统的辨识方法 ,研究表明遗传算法能克服此类系统不能采用传统最小二乘法辨识的困难 ,并能有效地辨识出状态空间维数及非线性度都不高的系统 ,同时指出基于遗传算法的非线性状态空间辨识方法在状态维数确定。

基于状态空间模型的电站厂房结构系统辨识

针对机组及其支撑结构的振动问题,为研究厂房结构振动的主振源及传递路径,以李家峡水电站为例,结合厂房原型振动测试试验,基于系统辨识理论,将顶盖水压脉动和垂直振动、推力轴承垂直振动、尾水管水压脉动为动力系统输入信号,将下机架基础测点垂直振动为输出信号,构建了多输入单输出系统状态空间辨识模型。研究结果表明:该方法较好地反映了结构系统的动态特性。

键合空间模型拓扑结点表示及状态方程推导

键合空间理论是系统动力学键合图理论的拓展。键合空间模型如同键合图模型一样可以通过图示符号模型的自动推导而得到系统的状态方程。该文首先论述了键合空间模型结点的确定法则 ,提出了键合空间模型结点拓扑表述方法 ,由此得到了以结点为中心的键合空间模型自动推导方法———拓扑结点法。相对于以键号为中心的自动推导方法来讲 ,拓扑结点法可以使键合空间模型数学描述更为精练 。

基于符号变量运算的状态空间方程离散化

针对MATLAB控制系统工具箱中模型转换命令 ,不能对带符号变量连续状态空间方程进行离散化 ,提出借助符号数学工具箱中有关符号对象函数构成M文件 ,自动完成此过程 .该方法与常规方法所得结果比较 ,两者完全一致 。

基于符号对象函数的离散状态空间方程求解

针对 Z变换法求解离散状态空间方程 ,涉及符号变量和繁杂的数字运算 ,不能使用一般的数值计算法求解 ,提出借助 MATLAB符号数学工具箱中有关符号对象函数构成 M文件 ,自动完成求解过程。其结果与理论值比较 ,两者完全一致 ,证明此方法的正确性与实用性。

雷达天线控制系统的状态空间分析

本文阐述状态空间法在雷达天线控制系统分析中的应用。通过求取状态转移矩阵,可以方便地确定系统对各种输入(包括扰动)信号的响应。充分发挥了计算机在系统分析中的作用。

基于模糊PID滑模控制的外骨骼控制系统设计

通过设计的一种下肢外骨骼机器人,建立下肢外骨骼的动力学方程及其电液伺服控制系统的阀控液压缸模型.针对下肢外骨骼步态控制过程中电液伺服位置控制系统的非线性、外在干扰等问题,设计了一种模糊PID滑模控制系统,通过滑模控制的切换函数,在不同情况下,结合模糊控制、PID控制的特点,选取不同的控制方式,并通过仿真分析,获知该控制器是有效可行的.

电液伺服系统一种动力学建模方法

电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、抗冲击性好等优点,广泛应用于飞行器结构强度试验中。然而,因特殊物理结构,电液伺服系统具有复杂的非线性、时变性和不确定性,这为其动力学建模和控制器设计带来了很大的挑战。本文通过分析系统各个部件的物理学特性和工作原理,分别建立了伺服阀流量方程、非对称液压缸流量方程和液压缸力平衡方程。经过一系列数学变化,将动力学方程进一步转化为系统状态空间方程,便于未来工作中对系统进行基于模型的控制器设计。最后,进行了系统仿真平台的搭建,并采用PID控制器进行跟踪控制仿真试验,验证了所提模型的有效性。

经济系统的状态空间表示

【正】 经济系统的状态空间如何表示,是目前经济数学研究的重点问题之一。有一种类型的系统,它们虽然在时间上是连续动作的,但所观测或所关注的却仅仅是离散的时点上的情况。这种类型的经济系统比较多,因为经济系统的活动只有在单位时间内才有实际意义,所以只能从小时、日、月、委等来观测经济系统。如生产过程。

串联型MPPT空间电源系统稳定性技术

串联型最大功率点跟踪(MPPT)空间电源系统存在母线电压振荡或跌落等不稳定现象,文章以MPPT不调节母线电源拓扑为研究对象,建立了系统等效电路模型,通过小信号等效分析、状态空间方程特征根求解等手段,分别对MPPT控制域及电压控制域下电源系统的稳定性进行了分析。结果表明,在太阳电池阵及阵列功率调节器特性曲线一定的条件下,通过对二者间电感、电容参数合理配置,可以保证系统稳定。在MATLAB/SIMULINK中搭建了串联型MPPT不调节母线电源系统仿真模型并进行实例仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。

随机动力系统中的概率密度演化方程及其研究进展

从概率密度演化的基本思想出发,阐述了概率密度演化方程的历史、进展与应用,文中首先剖析和澄清了概率守恒原理的物理意义,论述了概率守恒原理的随机事件描述和状态空间描述,并由此阐明了概率密度演化与系统物理演化的内在联系,即:系统的物理状态演化构成了概率密度演化的内在机制.在此基础上,结合概率守恒原理的两类描述以及系统状态的物理演化方程,以与历史上不同的方式,重新推导了经典概率密度演化方程,包括Liouville方程、FPK方程和Dostupov-Pugachev方程,进一步阐明了这些方程的物理意义,以及它们不能降阶的原因.结合概率守恒原理的随机事件描述和解耦的系统物理方程,导出了广义概率密度演化方程.分析了广义概率密度演化方程的物理意义.以非线性结构随机反应的概率密度演化分析为例,展示了概率密度演化理论的应用前景.最后,指出了需要进一步研究的问题.

时滞系统复合状态H_∞反馈控制

提出了在时滞系统H控制中,引入当前状态反馈与时滞状态反馈的问题;应用传递函数与状态空间法相结合的论证方法,给出了时滞系统复合状态反馈的H控制的可解判提:同时,得出了复合状态反馈控制律.

虚拟同步控制对风电并网系统次同步振荡阻尼影响分析

为厘清虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)对风电并网系统次同步振荡的影响机理,建立了含VSG的风电并网系统全阶状态空间模型。以振荡频率及阻尼比为量化指标,定量评估了在次同步振荡模态下VSG的阻尼特性,并通过求解参与因子得到VSG控制参数对次同步振荡的灵敏度。最后,通过时域仿真验证了建模方法的有效性和机理分析的准确性。结果表明,尽管VSG削弱了转子侧换流器内环比例系数对次同步振荡的影响,但是该系数对次同步振荡的影响仍然最大,且VSG励磁控制积分系数对次同步振荡的影响程度高于阻尼系数。

无刷直流电机状态方程系数矩阵的动态更新

在无刷直流电机控制系统的仿真中如何快速动态地求解无刷直流电机的状态方程组是一个关键问题。在Matlab/Simulink环境中,利用C语言形式的系统函数来构建仿真模块,可灵活快速地实现复杂系统的仿真建模。把系数矩阵放在静态变量存储区,可直接修改状态方程组的系数矩阵,达到快速修改此系数矩阵的目的。另外,在每个仿真步长的输出阶段修改系数矩阵,达到了动态更新的目的。仿真结果表明,文中所提方法可快速实现无刷直流电机控制系统的仿真,并可方便地用于验证无刷直流电动机的控制算法和策略。

一种用于双输入双输出液位控制系统的状态估计控制器的设计

设计一种用于双输入双输出液位控制系统的状态估计控制器。从双输入双输出液位控制系统的结构出发,研究其结构及工作原理。在考虑系统集中扰动的基础上,利用系统的已知增益时滞比求取系统的状态空间方程。采用线性扩张状态观测器,构造系统的估计方程,并通过期望信号与输出信号误差的比值,构建状态估计控制器。通过所设计的状态估计控制器,求取双输入双输出液位系统中两个通道的估计方程以及控制信号。利用干扰观测器方法与所提方法分别对恒定及变化期望液位曲线进行跟踪。结果表明:在跟踪恒定及变化液位曲线时,所提方法对双输入双输出液位系统的控制效果较好,能够控制系统液位快速按照期望液位变化,可实现对双输入双输出液位的准确控制。