基于UMAC加工非球面光学零件PVT控制轨迹研究

本文论述了基于UMAC运动控制卡的控制系统构成,阐述了切线回转法加工非球面光学零件的基本原理,针对常用的非球面光学零件子午剖面曲线方程,给出了基于UMAC运动控制卡加工非球面光学零件PVT控制轨迹形成的具体计算方法,并计算出了三轴联动系统中各轴的运动轨迹方程,运用MATLAB对各轴的位移-时间关系和速度-时间关系进行了仿真,同时将各轴的位移-时间关系曲线和速度-时间关系曲线做了对比分析,从而得出了采用UMAC运动控制卡的PVT控制算法加工任意非球面面型的方法。

一种组合动力飞行器模态转换过程轨迹优化与控制方案

为应对组合动力飞行器涡轮/冲压发动机模态转换过程中容易出现的推力陷阱问题,开展了组合动力飞行器模态转换阶段飞行/推进一体化保护控制研究。该研究利用组合动力爬升段飞行轨迹优化方法,解决模态转换过程中组合发动机总推力无法满足平飞加速需求的推力陷阱问题。结合轨迹线性化控制方法,完成了宽速域飞行器/发动机一体化轨迹跟踪控制设计,利用迎角、油门等变量的协同调节实现轨迹跟踪控制。仿真结果表明,轨迹优化策略能够在一定程度上克服模态转换过程中的推力不足问题,一体化轨迹线性化控制方法可以有效实现爬升轨迹跟踪,避免模态转换过程对组合动力飞行器飞行任务造成的不利影响。

基于深度学习的巡检机器人避障轨迹自动控制系统设计

为了提高巡检机器人在复杂环境下的避障能力,使机器人能够安全地完成巡检任务,设计基于深度学习的巡检机器人避障轨迹自动控制系统;设计由CCD传感器、信号处理芯片等设备组成的工业智能视觉CCD相机,基于FPGA和USB2.0的视频采集卡传输采集数据,完成硬件部分的设计;在软件设计中,对采集的图像实施目标分割、双目目标匹配等预处理,通过对摄像头实施双目视觉标定获取障碍物空间位置三维信息,基于深度学习中的CRNN设计机器人自主避障规划网络模型,并设计模糊轨迹控制器,实现避障中的轨迹自动控制;系统测试结果表明,设计系统最终成功避开了3个动态障碍物,最大轨迹控制误差的最大值为1.45°,最小轨迹控制误差的最大值为0.62°,动态避障巡检速度始终在3.5 m/s左右,表现出了精准而稳定的轨迹控制效果。

融合反步法的无人驾驶汽车轨迹跟踪控制方法

为了解决无人驾驶汽车轨迹跟踪控制的准确性、稳定性和快速性问题,将反步法分别融合滑模变结构控制和模糊自适应控制.建立车辆三自由度运动学位姿误差微分方程,推导了基于反步法的车速和横摆角速度控制律,结合Lyapunov稳定性判据验证了系统稳定性.分别建立融合反步法的滑模变结构和模糊自适应轨迹跟踪控制方法,结合轨迹跟踪稳态误差、超调量和调整时间,验证、比较了控制方法准确性、稳定性和快速性3种性能的优劣.结果表明:融合反步法的滑模变结构轨迹跟踪控制的稳定性最好,轨迹跟踪超调量接近于0;融合反步法的模糊自适应轨迹跟踪控制快速性最好,轨迹跟踪调整时间相对于反步法缩短了18.2%.

基于机械臂运动轨迹控制双生成对抗网络的设计

为了提高机械臂的运动准确性,以改善机械臂的工作效率,设计了一种用于机械臂运动轨迹控制的双生成对抗网络。首先,对机械臂的结构进行了分析,根据机械臂的结构特点建立了机械臂的坐标系,在该坐标系上,通过机械臂各关节点的变换矩阵,求取了机械臂的运动学方程;然后,将机械臂末端执行器的位置向量、关节速度等信息与编码器相结合,以获取双向生成性对抗网络,并在双向生成性对抗网络的基础上,设计了双生成对抗网络,以对机械臂的运动轨迹进行控制;最后,利用所提方法与干扰观测器方法对机械臂的运动轨迹进行控制测试。测试结果显示,所提方法的控制准确度比干扰观测器方法的控制准确度提高了40.13%,而且所提方法控制机械臂运动过程中,出现的波动也比干扰观测器方法的控制过程要小。说明所提方法不仅能较为准确地控制机械臂运动,而且控制过程较为平稳,有助于提高机械臂的工作效率。

差动转向无人车轨迹跟踪和车身姿态控制研究

针对分布式驱动无人车转向时车身在离心力作用下外倾,引起内侧车轮载荷减小,严重时会导致差动转向失效乃至车辆侧翻等问题,提出了一种差动转向无人车的轨迹跟踪和车身姿态控制方法;该控制方法可通过差动转向实现无人车轨迹跟踪,同时通过主动悬架实现转向时车身主动内倾来保证差动转向有效性,提高了无人车的操纵稳定性。建立考虑侧倾因素的车辆模型及参考模型,通过分数阶单点预瞄驾驶员模型得到了参考模型跟踪期望路径所需的参考前轮转角;基于此,设计了H_(∞)鲁棒控制器,通过控制差动转向无人车的横摆角速度和车身内倾角,分别跟踪参考模型提供的参考值,得到了所需的差动力矩及左右侧主动悬架控制力。研究结果表明:所设计的分数阶单点预瞄驾驶员模型和H_(∞)鲁棒控制器能有效保证差动转向无人车实现轨迹跟踪,同时实现了车身姿态控制。

复杂地形六轮独立驱动与转向机器人轨迹跟踪与避障控制

为研究六轮移动机器人在复杂地形的运动控制方法,针对六轮独立驱动与转向机器人复杂地形轨迹跟踪问题,提出一种预测控制和动态补偿的控制方法。基于非完整约束的线性六轮移动机器人运动学模型,以模型预测控制算法为基础,引入比例-积分-微分补偿控制器,抑制动态滞后引起的跟踪误差,设计速度与转向角动态反馈补偿,以应对地形扰动对轨迹跟踪的影响。分析机器人运动过程中障碍物的避碰问题,设计可求解避障轨迹的避障规划器,通过轨迹跟踪系统对局部避障轨迹进行跟踪控制,实现机器人的轨迹跟踪和自动避碰。对轨迹跟踪算法和避障算法进行仿真实验。实验结果表明:在典型工况下,机器人可完成凹形斜坡、凸形斜坡和凹凸地形正弦型轨迹跟踪控制和静态与动态障碍物避碰,验证了新方法的有效性。

新型混合交通流场景下交叉口信号控制和轨迹控制协同优化方法

针对人类驾驶车辆(human driven vehicle,HDV)和智能网联车辆(connected and autonomous vehicle,CAV)组成的新型混合交通流场景,现有的交叉口协同控制方法中,集中控制和单车控制分别对中央控制器的算力和车载计算单元的算力要求较高。本文研究了1种将元胞传输模型(cell transmission model,CTM)与双层规划模型相结合的协同优化方法,利用可调整的元胞长度平衡求解信号控制与CAV轨迹优化2个问题所需的算力,从而灵活地根据中央控制器和车载计算单元的算力分配计算资源;通过上层模型预测交通流状态并优化信号控制参数,引入动态调整元胞长度规则,降低中央控制器的计算负担;基于上层的交通状态预测结果,利用下层模型对CAV轨迹进行全局规划,进一步提升交叉口通行效率。同时,为了提升解的最优性和求解的实时性,采用结合随机梯度下降法和遗传算法的迭代优化算法,避免陷入局部最优的同时提升求解效率。最后以无锡市先锋中路与春风南路交叉口数据为例,验证了不同CAV渗透率下优化的效果,结果表明:①相较于基准方案,本文提出的协同优化方案最高可以降低交叉口8.09%的车均行程时间,降低了交叉口拥堵向上游的传播;②当CAV渗透率为30%、60%和90%时,优化比例为2.51%、5.08%和7.88%;③在进口道流量大于3000 pcu/h时,仍能在100s内获得最优信号控制方案,可支持实时优化。该方法可以有效改善城市交通拥堵,提高新型混合交通流场景下交叉口的通行效率。

矿用无人运输车辆轨迹跟踪控制算法研究

矿用无人运输车辆作业环境恶劣,存在大曲率弯道、坡道等非结构化道路明显特征,对无人化运输控制要求高。为改善PID等传统控制算法适应性问题,提高无人驾驶轨迹跟踪的车辆横纵向控制精度,提出一种纯跟踪与PID结合的多点预瞄横向控制、考虑模糊控制表参数拟合的纵向控制方法,减少控制参数的同时提高算法效果。根据传统控制算法设计基础控制器,结合基础算法优势进行横向与纵向控制算法设计,通过硬件在环仿真和实车测试验证算法的性能。试验结果表明,横向控制算法与斯坦利算法相比,车辆路径跟踪精度有明显改善,纵向控制方面,速度跟随误差<1 km/h,保证了车辆驾驶时的平稳性与舒适性。

井眼轨迹控制技术的应用

井眼轨迹控制技术是指通过合理设计和优化钻井参数,控制钻井过程中井眼轨迹的走向和角度,以提高钻井效率和工程质量的技术。详细介绍了井眼轨迹控制技术的基本原理,包括井眼轨迹建模方法、井眼轨迹优化算法和井眼轨迹实时控制方法。探讨了井眼轨迹控制技术在石油工程领域和地下水勘探领域的应用,分析了其在油气井钻井工艺和地下水井钻探工艺中的具体应用情况。

多参数优化MPC的自动驾驶轨迹跟踪控制

针对自动驾驶车辆横向控制在大曲率路径处跟踪误差较大的问题,提出一种多参数优化模型预测控制(model predictive control,MPC)的轨迹跟踪控制策略。根据车辆动力学模型和目标函数搭建轨迹跟踪MPC控制器,将车速、横向位置误差和横摆角误差作为模糊输入,输出前轮转角作用于车辆。通过模糊控制对MPC控制器的预测时域、控制时域和权重矩阵等多个参数进行实时优化,在双移线轨迹不同速度和不同路面附着系数下完成Carsim/Simulink联合仿真,验证控制策略的有效性。仿真结果表明,MPC多参数优化算法优于MPC传统算法和MPC单参数优化算法,在高附着路面轨迹跟踪精度平均可提高27.4%;在低附着路面能够降低最大横摆角误差27.3%,并且能够更好地平衡跟踪精度和操纵稳定性。

基于熵权-TOPSIS的水电厂桥式起重机综合多轨迹规划控制策略

水电厂桥式起重机负载大,制动时加速度变化和惯性摆动会导致桥机定位精度低,对此,提出了基于熵权-TOPSIS评价方法的综合多轨迹控制策略,应用于桥式起重机行走过程控制。通过Matlab仿真获得桥机4种行走轨迹曲线,将4种轨迹曲线和桥机模型导入到Adams运动仿真平台,由仿真结果构建轨迹评价指标体系,基于熵权-TOPSIS评价方法对不同位移下的桥机行走轨迹规划算法进行综合评分。评分结果表明,不同轨迹算法在不同位移条件下运动特性不同。因此,在桥机行走控制过程中,可根据桥机行走距离的不同选择不同的轨迹曲线,相比于单一轨迹曲线控制,多轨迹规划控制可有效提高水电厂桥机定位精度以及大部件吊装的安全性。

煤矿巷道七自由度喷浆机器人轨迹规划与跟踪控制

针对煤矿巷道喷浆机器人施工过程中存在的动作不连续、位置误差大、稳定性低等问题,提出了一种煤矿巷道七自由度喷浆机器人轨迹规划与跟踪控制方法。根据喷浆机器人静止时工作臂的运动范围和喷枪沿巷道走向的喷浆长度,将巷道划分为若干待喷截面,并规划机器人在每一截面间的移动轨迹和各截面上的工作臂运动轨迹,从而保证机器人在喷浆过程中动作连续。建立了喷浆机器人运动学模型,先采用三次多项式插值法对机器人移动轨迹进行规划,再通过模型预测控制算法对三次多项式插值生成的参考轨迹进行跟踪控制,实现机器人在巷道内精确、平稳移动。根据标准的D-H参数法建立了工作臂运动学模型,采用3-5-3分段多项式插值法对机器人在待喷截面的工作臂运动轨迹进行规划,使工作臂在喷浆过程中具有连续的加速度。仿真结果表明,喷浆机器人移动过程中最大位置误差为0.07 m,最大方向角误差仅为0.99 rad,移动速度整体稳定,且速度发生波动后能快速回到稳定状态,满足机器人移动准确、平稳的要求;工作臂运动过程中,喷浆轨迹、关节变量变化、关节速度和加速度曲线整体连续、平滑,满足喷浆动作连续、稳定的要求。

基于多胞体系统的FWID EV鲁棒加权增益调度轨迹跟踪控制

为了提高四轮独立驱动电动汽车(FWID EV)轨迹跟踪控制性能,针对车辆横向运动系统的不确定性与非线性问题,考虑转向执行机构的动态特性,提出了基于线性变参数(LPV)的鲁棒加权增益调度轨迹跟踪控制策略。首先利用凸分解技术将LPV系统转化为有限多胞顶点凸组合的多胞体系统,然后基于离线设计的每个多胞顶点控制器和线性组合在线计算任意时变参数对应的系统控制器参数,并利用MATLAB和CarSim进行联合仿真。结果表明:在加速变道场景下,所设计的控制器可以保证横向偏移误差不超过2 cm,横向偏移平均绝对误差不超过0.9 cm的较高跟踪精度及行驶稳定性和鲁棒性。

水下无人航行器实时轨迹跟踪控制方法研究

针对水下无人航行器受外界不确定因素影响产生航行准确度低的问题,研究水下无人航行器实时轨迹跟踪控制方法。分析水下无人航行器运动特性,设计基于贝叶斯神经网络的水下无人航行器自适应控制器,以水下无人航行器的参考速度信号为网络输入,通过网络的不断训练,输出控制力矩,促使水下无人航行器的航行点与预设航行位误差趋近于0,完成实时轨迹跟踪控制。实验结果表明,该方法可完成直线轨迹、圆形曲线轨迹的跟踪控制,且航行点与预设航行位误差小、收敛快、波动次数少,具备轨迹跟踪控制抗干扰能力强、适应能力强的优势。

舰载机着舰侧向轨迹增量控制

针对舰载机着舰侧向控制难度较大的问题,借鉴美国海军的“魔毯”(MAGIC CARPET)着舰的先进理念,提出了1种新的着舰控制方法,即侧向轨迹增量控制。首先,分别从理论上分析了侧向常规控制、侧向轨迹增量控制的控制结构和着舰性能;然后,对HUD显示符号进行改进;最后,通过实时仿真,比较了这2种方法的着舰控制效果。结果显示,着舰侧向轨迹增量控制具有3个优点:1)简易,降低了飞行员的操纵频次和负担;2)直观,着舰侧向操纵更直观,侧向杆量与飞机侧偏修正速率成正比例,而且当横杆回中时飞机能自动跟踪跑道中心线的横向漂移;3)鲁棒,显著提高了对侧风和舰尾流的抑制能力,即使在飞行员不操纵的情况下,飞机也能迅速反应和抑制风干扰。因此,建议在着舰工程中采用侧向轨迹增量控制。

基于MPC的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制

文中提出了一种基于模型预测控制的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制方法。首先,建立了由车辆轨迹跟踪侧向偏差、横摆角偏差与车辆质心侧偏角、横摆角速度构成的自动驾驶汽车轨迹跟踪误差状态空间方程;其次,构建了考虑轨迹跟踪精度和前轮转角变化率的目标函数;然后,设计了包括汽车前轮转角极限值与前轮转角变化率的汽车转向系统执行机构物理约束条件,并采用二次规划方法求解实现轨迹跟踪控制的前轮转角;并进行变质量和变侧偏刚度鲁棒性验证。最后,通过仿真试验、硬件在环试验与实车测试对文中提出轨迹跟踪控制算法进行验证。仿真测试结果表明,相比于LQR轨迹跟踪控制器,文中提出的MPC轨迹跟踪控制器的峰值横向误差7.4%,并且对于质心侧偏角的控制效果更好。硬件在环试验结果表明,在高速高附着工况下文中所提方法具有良好的轨迹跟踪精度和车辆稳定性。实车测试结果表明文中所提方法能够在低速工况下实现单移线、双移线的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制。

基于改进滑模观测器的四旋翼无人机轨迹控制

针对四旋翼无人机在不确定干扰下的轨迹跟踪控制问题,提出一种基于改进滑模观测器的超螺旋控制策略。首先,对传统滑模观测器进行改进并提出快速三阶滑模观测器,该观测器对系统状态和未知干扰的估计更为准确和迅速;然后,在所提观测器的基础上,结合超螺旋理论和非奇异终端滑模理论,设计基于快速三阶滑模观测器的非奇异超螺旋终端滑模控制器,实现对轨迹的跟踪控制,并基于Lyapunov理论证明了控制器的稳定性;最后,通过仿真实验结果对比证明所提策略的响应速度更快、精度更高。

带电作业环境下双臂机器人机械臂运动轨迹控制

带电作业下静电会产生非正常吸引效应,导致机器人机械臂运动轨迹控制精度降低,为此提出了一种基于粒子群优化专家PID控制器的双臂机器人运动轨迹控制方法。首先构建了带电作业机械臂的动力学模型和机械臂的约束条件方程;然后根据实际值和期望值的误差,使用专家控制律确定了PID控制器的输出;最后利用粒子群算法优化PID控制器,建立了优化目标函数,实现了对双臂机器人机械臂运动轨迹的控制。实验结果表明,该方法能够提高轨迹控制的精度,并缩短轨迹控制时间,在实际工程中具有可行性和实用性。

先验性虚拟排斥力约束下带电作业机械臂轨迹控制

由于带电作业中的机械臂需避开电力设备和障碍物,使得后验性约束条件的稳定性较差,进而导致控制曲线误差较大。对此,提出虚拟排斥力约束下的带电作业机械臂运动控制方法。对带电机作业机械臂关节的功能和势能进行计算。使用人工势场法进行障碍物检测,并结合机械臂关节的功能和势能计算具有先验性属性的虚拟排斥力。基于虚拟排斥力对机械臂与障碍物之间距离设置相应的约束。基于设置的约束条件,采用CPG神经网络构建机械臂的运动控制模型。实验结果表明,所提方法的机械臂运动控制位置与目标位置几乎一致,完美贴合目标曲线,并且具有快速的响应能力。