基于等价输入干扰方法的钻孔机器人给进力跟踪控制

煤矿井下施工瓦斯抽采孔作业过程中,钻孔机器人给进系统用于钻进过程加压、减压和给进。针对复杂地层不确定性扰动影响钻孔机器人工作性能和钻孔施工质量及效率的问题,首先分析钻孔机器人的结构组成和钻进施工工艺,根据其给进系统的工作原理,建立了减压阀控制数学模型,获得了控制输入量电磁铁电流与控制输出量减压阀出口压力的映射关系,并在明确给进力驱动方式的基础上对整个给进系统进行控制建模。随后设计了钻孔机器人给进力跟踪控制系统,使用Luenburger全维状态观测器重构被控对象状态,建立基于等价输入干扰估计(EID)与补偿的控制结构,设计了状态反馈控制器、状态观测器和干扰估计器增益矩阵,实现给进力闭环控制系统稳定的同时具有满意的跟踪与扰动抑制性能。最后利用Matlab软件搭建数值仿真模型,以某煤矿井下实际钻进施工时给进系统的实测钻进数据信号为例进行仿真研究,以给进力为控制目标,实测减压阀输出压力波动为依据设计外部扰动信号,分别采用所提EID控制方法和PID控制方法进行了对比仿真。结果表明:所提方法获得了比PID方法更小的稳态跟踪误差峰峰值,且跟踪误差更小,保证了给进系统稳定运行,具有较好的跟踪与扰动抑制性能。研究结果对提高钻孔机器人适应复杂煤层负载变化,保证其工作性能和安全高效施工提供了控制理论基础。

电动静液压作动器主动悬架力跟踪控制研究

建立了1/4主动悬架和EHA主动悬架系统的数学模型,分析了EHA作动器中的无刷直流电机对该系统的影响。提出了一种基于主环LQG理想力控制器和内环电机电流控制器组成的力跟踪控制策略,设计了EHA主动悬架硬件控制器,并进行了仿真和台架试验。结果表明,力跟踪控制能够使电机输出的实际主动力接近理想主动力,改善了EHA主动悬架的动态特性,验证了所设计的控制策略和硬件控制器的可行性。

基于复合粒子群自适应液压伺服系统力跟踪控制与试验

为提高液压伺服系统力跟踪控制性能,针对不同环境模型及变期望力条件下,液压伺服系统末端位置力跟踪存在稳态误差及动态特性差问题,提出一种复合粒子群自适应阻抗控制策略。在建立液压伺服系统数学模型和阻抗模型基础上,根据环境刚度及力偏差,采用模糊算法确定阻抗参数范围,结合莱维飞行粒子群快速通过局部与全局搜索确定不同环境刚度下的阻抗参数,采用三次样条插值拟合阻抗参数随环境刚度变化方程;分析末端位置力跟踪稳态误差原因及并建立数学模型,根据末端位置力及当前末端位置,利用自适应算法估计环境刚度与环境位置,对期望位置补偿并选择阻抗参数。通过Matlab-Adams虚拟样机仿真,验证复合粒子群自适应阻抗算法对液压伺服系统力跟踪有效性。二连杆串联机构台架试验结果表明,采用复合粒子群自适应阻抗策略液压伺服系统力跟踪控制,末端位置稳态误差范围0~1,在期望力发生变化时,力跟踪动态性能良好。研究为液压伺服驱动足式农业移动平台及大型农业采摘机械臂末端位置力控制设计提供参考。

汽车动力总成主动悬置系统力跟踪控制研究

以提高汽车动力总成主动悬置系统隔振性能为目的,对其悬置部分和作动器控制电路分别设计控制器进行力跟踪控制研究。主动悬置系统控制结构由外环悬置控制器和内环作动器电路控制器两部分组成,外环悬置控制器根据汽车工况和行驶路况计算最优控制力,内环电路控制器反映作动器动态特性,并对外环悬置控制器产生的最优控制力进行跟踪。结果表明:相比于被动悬置,采用内外双环控制的主动悬置系统能够有效改善动力总成NVH性能,并且内环电路控制器能够较好跟踪外环悬置控制计算的最优控制力。

船舶舵机负载模拟系统位置与力跟踪控制特性研究

舵机装置是用来改变船舶航行方向的执行机构,为了测试其操作性能和可靠性,缩短研制周期,节约研制成本,需要对舵机装置的工作载荷进行模拟,从而满足舵机装置的性能测试需求。舵机负载模拟系统是一种半实物仿真系统,主要用来对舵机装置进行负载模拟加载,模拟船舶在实际航行过程中舵机装置所受到的水动力载荷。建立舵机负载模拟系统的数学模型与AMESim仿真模型,重点研究加载系统的力跟踪闭环控制特性。

基于位置控制的工业机器人力跟踪刚度控制

随着机器人技术的发展,要求机器人能够完成更加复杂的任务,如工业机器人的打磨、精密装配、人机协作等,因此机器人与环境交互的能力起着越来越重要的作用。但当前的柔顺控制方法存在局限性,无法像人类一样,时刻对外界环境的作用力具有很强的适应能力(阻抗性能),并且能够随时对外界环境施加所需要的力(力的跟踪性能)。为了解决该问题,提出一种新的力跟踪刚度控制方法,能够让机器人同时具有阻抗性能和力的跟踪性能。该控制系统结构简单,实用性较强。控制系统的建立是基于位置控制的工业机器人模型,并进行了仿真,仿真结果表明,机器人不仅具有刚度控制的特点,对外界约束环境有顺从性,同时能够对期望力很好地进行跟踪。

电液伺服系统的同步控制研究

设计了一个同步控制电液伺服系统,系统中4个油缸同时支撑一个质量为900 t的箱形梁。为使运输与吊装过程中箱形梁严格保持水平,设计中综合采用了位置同步控制和力跟踪控制算法,实现了4个油缸同步运动且受力平均。最后,仿真结果验证了该控制方法的有效性。

基于法向恒力跟踪的船板打磨轨迹在线调整方法

机器人对船板零件自由边进行打磨时,初始打磨轨迹基于船板零件的三维几何模型生成。由于该三维几何模型与实际的船板零件存在一定偏差且船板刚性较大,文章设计了基于法向恒力跟踪控制的机器人打磨轨迹在线动态调整方法以保证自由边打磨质量。通过力位感知技术实时采集机器人打磨工具与待打磨船板零件之间的接触力信息;基于重力补偿与法向力分解算法,建立法向恒力跟踪下基于位置的阻抗控制模型以实时修整机器人的打磨轨迹,使其实时跟踪待打磨零件自由边。仿真结果表明:该方法可以很好地实现打磨轨迹的在线动态调整,使得调整后的打磨轨迹能够满足要求,保证船板零件自由边的打磨质量。