康复步行训练机器人位置和速度跟踪误差同时约束的安全预测控制

康复步行训练机器人通过跟踪医生指定的运动轨迹,帮助患者步行训练,针对运动过程中位置和速度跟踪误差过大,影响康复者的安全问题,提出一种预测控制方法,目的是使康复步行训练机器人从任意位置出发同时实现轨迹和速度跟踪,并将跟踪误差约束在指定范围内,提高系统的安全性。通过离散化康复步行训练机器人的动力学模型,建立了具有控制增量形式的预测模型。在预测时域内,设计轨迹跟踪误差性能优化指标,并构建运动位置和速度跟踪误差约束条件,通过设计辅助运动轨迹并求解控制增量形式的二次规划问题,获得了时域内满足误差约束条件的预测控制。通过仿真和实验研究,结果表明了所提控制方法同时约束位置和速度跟踪误差的有效性和优越性。

直流电机跟踪误差时变约束控制

电机伺服系统中存在各种未建模扰动,引起系统不稳定。在跟踪控制中如何有效的处理扰动并且对直流电机的输出进行限位控制成为目前研究的焦点。针对存在的问题,选取电机位置伺服系统作为研究对象,建立了系统的非线性模型,同时考虑了系统的外干扰等建模不确定性;并且针对未建模干扰等不确定性通过扩张状态观测器进行估计并前馈补偿,提高了实际电机位置伺服系统对外干扰的鲁棒性;而且利用时变非对称障碍Lyapunov函数所设计的非线性鲁棒控制器能够对输出位置跟踪误差进行时变非对称约束,从而对电机的输出进行限位控制。所设计的非线性鲁棒控制器为全状态控制且控制电压连续,更利于在工程实际中应用。仿真结果验证为直流电机跟踪优化控制提供了依据。

考虑人机作用力的康复训练机器人各运动轴最优轨迹跟踪预测控制

针对人机作用力影响康复训练机器人的跟踪性能问题,提出了一种新颖的观测器设计方法,目的是利用系统的位置输出估计人机作用力.同时,为了抑制人机作用力并避免运动中产生较大的跟踪误差而影响康复者安全,设计了非线性控制器,并得到了机器人各运动轴系统模型.进一步,结合预测控制同时约束了系统轨迹跟踪误差和速度跟踪误差,并实现了各运动轴的最优轨迹跟踪.通过仿真结果对比分析和实验研究,表明文中提出人机作用力观测和控制器设计方法的有效性和优越性.

推进器饱和/故障下的无人艇固定时间指定性能容错控制

针对系统动态未知的无人艇(USV)在推进器故障与饱和约束下轨迹跟踪问题,本文提出一种基于固定时间扩张状态观测器的积分滑模容错控制方法.首先,构造固定时间扩张状态观测器,实现未知速度信息、集总未知非线性的准确估计.进而,通过引入一种新型设定时间性能函数,约束位姿跟踪误差,并利用误差转换函数将其转化为无约束误差动态系统.在此基础上,结合固定时间积分滑动模态与饱和补偿动态系统,设计固定时间控制策略,保证系统实际固定时间稳定且位姿跟踪误差严格位于指定范围内.最后,仿真验证所提出控制方法的有效性与优越性.

改进预设性能的车辆队列滑模控制方法研究

为了增强非线性车辆队列的队列稳定性,并在控制全过程中有效约束跟踪误差,提出一种基于改进预设性能的车辆队列滑模控制方法.设计关于跟踪误差的预设性能函数,通过在函数中为每辆车设置不同的衰减速率,改进前后车的预设性能,从而增强队列稳定性,并确保车辆的跟踪误差始终被约束在允许的范围内.在此基础上,利用径向基神经网络估计车辆的非线性不确定项,设计基于改进预设性能的车辆队列积分滑模控制器,以保证车辆队列的安全稳定行驶.最终通过数值仿真验证所提出控制方法的有效性.研究结果表明:所提出的车辆队列滑模控制方法不再依赖后车信息,知晓前车信息即可增强队列稳定性.