移动装配机器人手臂的滑模鲁棒控制方法

为了克服外界干扰、未知负载等不确定性和电机动态特性对移动装配机器人手臂末端空间轨迹跟踪的影响,提出了一种基于扩张状态观测器的滑模鲁棒控制律。首先建立了包含不确定性和电机动态特性的数学模型,然后设计了扩张状态观测器来准确估计不确定性,在此基础上提出了滑模鲁棒控制律,最终实现了对移动装配机器人手臂末端空间轨迹跟踪的高精度控制。仿真结果表明,所设计的滑模鲁棒控制律具有更优的控制效果,移动装配机器人手臂末端空间轨迹的最大跟踪误差仅为0.5 cm,所设计的扩张状态观测器能够准确估计不确定性,最大估计误差仅为0.2 N·m,估计精度较高。移动装配机器人手臂空间固定坐标定位实验结果表明,在基于扩张状态观测器的滑模鲁棒控制律的作用下,移动装配机器人手臂末端空间轨迹的最大跟踪误差仅为0.24 cm,平均每次定位的运行时间仅为1.55 s,表现出了更优的快速性、准确性和工程实用性。

双臂机器人协调轨迹滑模鲁棒控制算法研究

双臂机器人控制时,受模型精度、外界扰动、关节柔性等因素影响严重,为了降低内外部因素对双臂协调控制性能的干扰,提出了一种关节轨迹滑模鲁棒控制算法。由于滑模控制善于求解非确定系统,因此适用于难以获得精确模型,且外界扰动未知的机械臂协调控制。在机械臂动力模型与偏差分析的基础上,把关节惯性、离心和重力表示为轨迹控制时的预期输出量,控制力矩表示为鲁棒因子,并根据角位置偏差设计滑模变量与指数趋近律。为避免滑模控制产生抖振,引入自整定边界层,使滑模控制机械臂轨迹收敛于边界层,计算得到最终的控制量与扰动量。基于与构造双臂机器人仿真模型,实验结果验证了关节轨迹滑模鲁棒控制算法能够抑制双臂机器人动作时受到的内外部扰动,避免发生系统抖振现象,有效提高机械臂的控制准确性与稳定性,获得更加协调稳定的双臂运动轨迹。

基于HJI理论的无轴承异步电机悬浮系统滑模鲁棒控制

为了实现对无轴承异步电机悬浮系统动态解耦控制,提出一种基于HJI理论无轴承异步电机悬浮系统滑模鲁棒控制方法。在悬浮系统建模时,将系统不确定性以及外界扰动考虑其中,并通过设计合适的滑模控制律满足HJI不等式鲁棒条件来确保控制系统的稳定性;最终,该方法实现无轴承异步电机悬浮系统动态解耦控制并提高了系统的稳定性和抗扰动性能。仿真和试验结果证明了该方法的有效性,能够实现两自由度无轴承异步电机径向悬浮力之间解耦控制。

多元干扰下永磁同步电机滑模鲁棒控制

为了提高永磁同步电机转子转速在未知负载力矩和电路扰动等影响下的控制精度,提出了一种滑模鲁棒控制方法。首先建立了包含多元干扰的永磁同步电机转速模型,通过设计自适应干扰观测器来估计未知负载力矩的大小,并对其收敛性进行了证明,然后采用非奇异终端滑模面设计了鲁棒控制律,并引入滑模自适应律估计出电路扰动的大小,最终实现了对多元扰动下永磁同步电机的鲁棒控制。实验结果表明:提出的滑模鲁棒控制方法与自抗扰控制方法相比,具有更优的稳定性、准确性和快速性,转速和加速度的最大误差分别仅为0.05 r/s和0.005 r/s2,自适应干扰观测器的估计误差仅为0.1 N·m,滑模自适应律的估计误差仅为0.05 V,大大提高了永磁同步电机转动的控制精度。

基于滑模自适应鲁棒控制的城市轨道交通列车电空制动控制策略研究

针对城市轨道交通列车电空制动系统控制过程中外界干扰、执行机构时滞、基本阻力不确定等特性造成ATO(列车自动运行)系统速度跟踪及停车不准问题,根据李雅普诺夫稳定性理论提出一种基于SMARC(滑模自适应鲁棒控制)的城市轨道交通列车电空制动控制策略,设计城市轨道交通列车ATO系统基于SMARC的制动控制器。通过鲁棒控制将系统模型中非线性、输入时滞和外界扰动等所有不确定量减小到最小范围,同时也削弱了滑模控制器的抖振现象,增强了控制器的鲁棒性;进一步采用滑模控制减小列车制动过程中速度跟踪误差和减速度误差,从而获得较高的停车精度。仿真结果表明,基于SMARC的制动控制器的控制能完全满足城市轨道交通列车制动要求。

漂浮基空间机械臂T-S模糊鲁棒控制

针对存在参数不确定和外界干扰的空间机械臂,利用反馈线性化技术建立了系统追踪期望轨迹的误差动力学方程,设计系统追踪期望运动的滑模鲁棒控制方案,并通过系统Lyapunov稳定性证明选择滑模控制参数;简化并改进T-S模糊推理规则,设计模糊滑模鲁棒控制方法;运用逐步仿真的方法对空间机械臂追踪期望运动各种情况进行数值分析.仿真结果证实了所设计的T-S模糊滑模鲁棒控制方案的有效性和稳定性,它可解决传统滑模控制的抖振问题并具有计算量少、控制力矩小的优点,可提高系统轨迹跟踪的精度.

基于混沌万有引力算法的机车受电弓鲁棒控制方法研究

为了研究电力机车受电弓抬升高度的控制精度,考虑机车车体振动对受电弓的扰动,建立了机车受电弓三元集总质量归算数学模型;依据Lyapunov稳定性理论,构造了静抬升力多滑模鲁棒控制器,并采用引入混沌变异因子的万有引力算法对控制器参数进行寻优。理论分析及仿真结果表明,在面对复杂的车体振动激扰时,机车受电弓抬升高度跟踪误差一致有界,对输入指令具有较好的跟踪效果。

不确定性电液位置伺服系统的滑模鲁棒跟踪控制

本文针对存在参数变化的不确定性电液伺服系统的跟踪控制问题 ,提出了一种具有前馈补偿的滑模鲁棒控制器设计方法 ,利用李亚普诺夫方法证明了整个闭环系统的渐近稳定性。应用这种方法于某疲劳试验机电液伺服系统 ,通过仿真验证了该方法的有效性。

基于滑模控制的直驱式波浪发电系统MPPT控制策略

为提高直驱型波浪发电系统的功率捕获和转换能力,通过分析系统运动方程,建立其数学模型。依据波浪入射频率和幅值,构造系统最优功率输出条件,计算q轴电流参考值,应用滑模变结构控制算法实时跟踪参考电流。针对发电系统中含有的未知干扰,引入鲁棒控制,使发电机状态亦能保持实时跟踪最优参考值。仿真结果表明,不论是否有干扰存在,所提控制方案都能实现最优参考电流跟踪和最大功率捕获跟踪,系统鲁棒性提高。

基于多滑模鲁棒的电力机车受电弓控制

为研究电力机车受电弓抬升高度的控制精度,考虑机车车体振动对受电弓的激扰,建立了机车受电弓三元集总质量归算数学模型;依据Lyapunov稳定性理论,构造了静抬升力多滑模鲁棒控制器。理论分析及仿真结果表明,在面对复杂的车体振动激扰时,机车受电弓抬升高度跟踪误差一致有界。

车辆主动悬架的非线性路面自适应控制研究

针对不同的路面状况,提出一种车辆主动悬架的非线性路面自适应控制方法。采用增加高低通非线性滤波器的方法,对以车身垂直加速度和悬架动行程为目标的控制函数进行优化处理,并利用多滑模鲁棒控制方法,设计了一种主动悬架的非线性路面自适应控制器。进行了零动力学子系统的稳定性分析及系统频率特性分析,理论分析表明整个系统是渐进稳定的。仿真结果显示,在不同的路面激励信号作用下,都能取得较好的控制效果,与被动悬架相比,大大改善了乘座的舒适性及车辆的操纵性能。

下肢外骨骼机器人行走过渡稳定性控制研究

研究下肢外骨骼机器人行走过渡稳定性控制问题。下肢外骨骼机器人在行走过程中会受到地面反力作用,具有作用强度大和瞬变的特点。为了解决地面反力造成下肢外骨骼机器人在行走过渡期中控制稳定性下降和运动精度不足的问题,提高行走过渡控制的稳定性和鲁棒性,提出了一种滑模鲁棒控制策略用于过渡期的控制中。仿真结果表明:相对于传统PID控制、模糊PID控制,采用滑模鲁棒控制能够有效地提高行走过渡控制的稳定性,并且能够适应负载的变化,使系统具有较好的鲁棒性和控制精度。

基于HJI理论的双半球胶囊机器人姿态非线性控制方法

考虑到自主研发的双半球胶囊机器人系统不确定性以及外界扰动等非线性特征问题,提出了一种基于Hamilton-Jacobi不等式(HJI)理论的双半球胶囊机器人滑模鲁棒非线性控制策略。通过拉格朗日动力学原理建立双半球胶囊机器人被动模态的动力学模型,并将Hamilton-Jacobi不等式理论应用于设计滑模鲁棒的控制律来确保控制系统的稳定性。此外,通过Lyapunov方程验证了该双半球胶囊机器人基于HJI理论的滑模鲁棒控制系统的有效性,并对所设计的控制器进行了仿真实验,仿真和实验结果表明所设计的控制策略能有效地抑制外部干扰对控制误差的影响,提高了双半球胶囊机器人系统的控制精度。

六腿滚动式奔跑机器人的建模与跟踪控制

针对欠驱动非完整约束六腿滚动式奔跑机器人,进行动力学建模与跟踪控制器设计。根据机器人的结构特点,采用拉格朗日法在俯仰和横滚2个方向上分别建立动力学模型,把动力学模型转化为规范形;以驱动电机力矩作为控制输入,为提高轨迹跟踪控制精度,在俯仰方向上基于HJI理论设计滑模鲁棒控制器。在横滚方向上,为提高系统的鲁棒性,设计反步滑模控制器,并利用Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性;通过MATLAB进行仿真实验。结果表明:所提方法具有可行性。

附加控制输入反演自适应滑模鲁棒励磁控制

为了提高一类非匹配不确定非线性系统的渐近稳定鲁棒控制能力,简化传统反演自适应变结构控制计算,通过引入变结构附加控制输入量,降低子系统虚拟函数反演设计难度,克服传统反演自适应L2增益控制只能保证外部扰动对状态变量的影响小于干扰抑制系数,而不能实现系统状态变量渐近稳定的不足,且对外部干扰上界没有要求,并给出附加控制输入反演自适应变结构鲁棒控制计算通式.为了验证所提出控制的方法性能,以典型谐波励磁系统为例,对负载突增和单相接地故障两种工作状态进行仿真分析.仿真结果表明,相对于反演自适应L2增益控制方式,励磁系统状态变量渐近稳定能力得到增强,且超调降低、稳定恢复速度加快,对于提高军用电站谐波励磁系统稳定控制能力具有重要意义.

基于不确定性变时滞分数阶超混沌系统的滑模自适应鲁棒的同步控制

针对一类含有不确定参数的时变时滞系统的同步控制问题,提出了一种滑模自适应鲁棒控制方法.基于Lyapunov稳定性理论和滑模自适应控制方法,设计出滑模自适应鲁棒控制器和参数自适应率.所设计的单一控制器适用于一类分数阶超混沌系统的同步性控制问题,它不仅具有较强的抗噪声能力而且对于时变时滞系统也具有良好的控制能力,因此该控制器具有较好的实用价值.此外,通过在系统的输入量中引入一个补偿量,用以消除系统中所存在的不确定性和外界扰动的影响,从而实现不确定性分数阶超混沌系统的同步,并且将系统的同步误差控制在任意小范围内.最后,对带有外界噪声扰动、系统参数不确定的时变时滞Chen分数阶超混沌系统进行了数值仿真,经过短暂的时间,响应系统与驱动系统同步,进而验证了所提出的控制方法的有效性.

四旋翼飞行器与物联网技术的环境检测系统设计

环境质量检测是环境治理环节中最基础最重要的一个环节。传统的人工或半人工的检测可能会损害检测人员的身体健康,并且机动性能较差,无法快速的检测大范围的空气质量,因此,文中针对传统的检测方法提出改进,通过四旋翼飞行器结合物联网技术中的NB⁃IoT实现空气质量检测系统。四旋翼采用内外环的全局滑模鲁棒控制方法设计的控制律保证了系统的闭环稳定性。通过仿真实验表明,所提系统能够正常稳定工作,采集的数据精度在误差范围内,可达到预期设计要求。

城市轨道交通列车制动性能实时优化关键问题

针对既有线路自动控制系统实时性和准确性不足等问题,提出一种列控系统智能化升级方案。首先,针对列车运行中电制动和空气制动阶段的独特性,考虑电制动和空气制动间的切换,分别建立针对电制动和空气制动的精确制动模型。然后,对列车自动运行系统(automatic train operation,ATO)控制器进行优化,应用滑模自适应鲁棒控制策略进行实时调整,增强控制器鲁棒性,以适应不同车辆参数和外部环境干扰。最后,以北京地铁5号线为例,对列车精确制动模型和滑模自适应鲁棒控制器进行仿真验证,计算列车停车精度与速度误差。研究结果表明:与比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制和滑模控制算法相比,利用本文提出的控制算法计算得到的停车精度和速度误差更小,停车精度均值达8 cm以下。