一种新的机器人轨迹跟踪滑模变结构控制

该文在传统变结构控制趋近律的基础上,提出一种快速平滑趋近律,并作仿真比较;同时对其滑动模态作改进,引入非线性项,提出一种快速收敛滑动模态。在选择滑动模态的切换方式后,将新的变结构控制器应用于机器人的轨迹跟踪控制中,在对系统的抗干扰能力进行分析后,作了相应的仿真研究。

基于滑模变结构的农机路径跟踪控制算法研究

为提高农机路径跟踪时的精确性,提出了一种基于滑模变结构的路径跟踪控制算法,并运用滑模变结构算法设计了自动驾驶控制器,通过简化农机车辆模型与线性化二自由度模型,求解出滑模变结构控制器的控制规律。通过在Simulink与CarSim中建立联合仿真模型验证控制器的可行性,结果表明:基于滑模变结构的农机路径跟踪控制算法的车辆作业转弯时横向偏差可控制在0.45m之内,实际行走路径与预设路径基本吻合,较加入预瞄模块的PID控制算法控制精度得到提高,满足自动驾驶农机路径跟踪精度及实时性的需求,可为农机路径跟踪控制的研究提供参考。

基于滑模变结构控制的液压伺服系统超低速轨迹跟踪

为了实现液压伺服系统大摩擦力矩下的超低速轨迹精确跟踪,分析了系统中存在的非线性摩擦特性及摩擦模型.针对中空液压电机液压伺服系统,设计了基于趋近率的滑模变结构控制器,进行了阀控中空液压电机伺服系统实验研究.结果表明:滑模变结构控制方案较PD控制策略具有更好的动、静态特性以及对参数变化和外界干扰的鲁棒性,实现超低速下的大摩擦力矩补偿.

基于滑模变结构的移动机器人轨迹跟踪控制

为解决非完整移动机器人的轨迹跟踪问题,提出一种基于滑模变结构的移动机器人轨迹跟踪控制方法。以移动机器人的运动模型为基础,采用有限时间控制方法,设计连续状态反馈角速度的控制律,以减少前向角误差,在前向角误差趋于0时,使用反演设计的滑模控制技术,给出平面坐标跟踪误差线速度的控制律。实验结果表明,该方法控制律能够在极短时间内趋于稳定,收敛以后的平面坐标误差和航向角方向误差几乎为0。

机器人轨迹跟踪的滑模变结构控制

本文提出了一种新的机器人轨迹跟踪滑模变结构控制方法，给出了控制系统的设计方法和仿真实验结果．仿真结果表明，当机器人参数在±５０％范围变化且存在能量有限的正态分布随机干扰时，控制系统具有良好的自适应性．

基于滑模变结构控制滤波的水下机器人水平面轨迹跟踪控制

研究了自主水下机器人的水平面轨迹跟踪控制问题;为了消除变结构控制的颤振现象,在传统滑模变结构控制理论的基础上,采用了滑模变结构控制滤波的方法,设计了具有全局渐近稳定的滑模轨迹跟踪控制器;实验中,滤波器的参数为4,在低通截止频率是0.637Hz的作用下有效地解决了控制力的高频振颤问题;仿真结果表明,该控制器能保证轨迹跟踪误差的快速收敛性及对外界干扰的鲁棒性,证实了理论分析的正确性。

基于滑模变结构的轮式机器人双环轨迹跟踪控制

针对轮式机器人轨迹跟踪问题,提出了一种利用滑模变结构算法构建的双环轨迹跟踪控制系统。在基于轮式机器人运动学模型基础上,针对该非线性欠驱动系统采用滑模变结构算法设计了能够保证全局范围内渐近稳定的轨迹跟踪控制器,并构建了双环控制系统。通过内环系统控制角速度,实现对方向角的跟踪;外环控制器得到控制角之后实现对速度的控制,使机器人达到期望位姿状态。文中利用Lyapunov稳定性理论对所设计的闭环系统进行了稳定性分析,并通过仿真进一步验证了该控制系统的有效性。

挖掘机轨迹跟踪的滑模变结构控制

对液压挖掘机工作装置的轨迹跟踪进行了研究。在分析了液压挖掘机工作装置的动力学方程的基础上,针对其复杂的非线性,提出了一种新的液压挖掘机工作装置轨迹跟踪方法,即应用机器人学理论,建立了三自由度液压挖掘机工作装置的拉格朗日动力学模型,设计了带低通滤波器的滑模控制器,利用低通滤波器的滤除高频信号的功能,消除控制信号的抖动,给出沿规划轨迹工作所需的控制量,并给出了控制系统的设计方法。对三自由度工作装置进行了仿真研究,其结果表明,所设计的控制器对设定轨迹的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性具有较强的鲁棒性,在存在模型误差和外部扰动的情况下,该方案既能达到高精度快速跟踪的目的,又能消除滑模控制的抖动问题。

滑模变结构控制在机械臂跟踪轨迹控制中的应用

针对滑模变结构控制中存在的抖动现象,通过调整控制律设计了一种新的抑制抖动的滑模变结构控制方法。该控制方法与常规滑模变结构法、饱和函数法相比,不仅满足了平滑控制量的要求,而且较饱和函数法控制精度高。仿真实例验证了该设计方法的正确性。

采用滑模变结构控制的轨迹跟踪伺服系统

本文主要阐述采用滑模变结构控制的轨迹跟踪伺服系统的设计方法。在选择调节器参数时,采用了对等效控制信号进行补偿的方法,并在小偏差范围内进行比例控制,较好的解决了“颤振”问题。系统利用功率场效应管 MOSFET 组成 PWM 高频伺服放大器,采用单片机实现了数字化控制。实验结果表明,该系统具有较好的鲁棒性。

移动机器人滑膜变结构轨迹跟踪控制

对于差速移动机器人给定轨迹的跟踪问题,设计了一种基于滑模变结构的移动机器人轨迹跟踪控制器。首先通过反演法设计切换函数和滑膜控制器,求解出平面坐标跟踪误差线速度和角速度的控制律,然后基于S-Function进行仿真实验。实验结果表明,该控制律能够在极短时间内趋于稳定,收敛以后的坐标位置和航向角误差几乎为0。

基于分数阶滑模控制的无人机轨迹跟踪控制器设计

四旋翼无人机在农业、工业和国防等领域广泛应用,但其复杂的系统特性和对扰动的敏感性使得控制变得困难。首先,考虑分数阶方法具有良好的鲁棒性以及调节灵活性的优点,将整数阶积分滑模面和改进的分数阶指数趋近律相结合,设计出了一种新的分数阶积分滑模控制器。然后,将所设计的分数阶积分滑模控制器应用于四旋翼无人机轨迹跟踪控制问题。仿真结果表明,所提控制器作用下的四旋翼无人机进行轨迹跟踪时响应速度快、无超调,且对外界干扰具有较强的鲁棒性。

基于自适应滑模的欠驱动无人艇轨迹跟踪控制算法

针对欠驱动水面无人艇在航行过程中存在的海洋环境干扰、数学模型参数不确定、执行器故障等问题,提出了一种基于扰动观测器与神经网络技术的自适应滑模轨迹跟踪控制算法;在欠驱动无人艇的三自由度模型基础上,结合视线制导律,提出了一种新的轨迹跟踪制导策略;采用自适应滑模控制技术设计了欠驱动无人艇的轨迹跟踪控制器,有效地抑制了执行器衰减故障对无人艇控制系统产生的影响;同时运用了非线性扰动观测器和自适应径向基函数神经网络分别对无人艇受到的外界时变干扰和模型参数不确定性进行补偿和拟合,提高了无人艇控制系统的鲁棒性;基于Lyapunov定理证明了所设计的控制算法的稳定性,并在MATLAB中进行了仿真测试;仿真结果表明,所提出的轨迹跟踪控制算法可以在较为复杂的环境下实现对欠驱动无人艇的精准控制;相较于对比算法,欠驱动无人艇在文章算法下的位置平均跟踪误差减小了80%以上,具备较高的稳定性和容错能力。

基于改进非线性滑模控制的轮式机器人轨迹跟踪

针对轮式机器人的轨迹跟踪控制存在的问题,设计了一种改进非线性快速终端滑模控制器(improved nonlinear fast terminal sliding mode controller,INFTSMC)的控制方案。首先,通过对轮式机器人运动学的分析建立了轨迹跟踪误差模型;其次,在设计滑模控制器阶段,针对非线性快速终端滑模控制器存在奇异点,采用一种新的滑模面幂指数时变策略来设计非奇异终端滑模控制器,解决了非线性快速终端滑模控制器奇异问题,通过构造Lyapunov函数进行稳定性分析证明了该策略的稳定性,并且进行收敛时间分析给出系统从任意初始状态收敛至平衡点所需要的时间;然后,在新的滑模面幂指数时变策略的基础上设计了轮式机器人线速度和角速度控制律,使得轮式机器人轨迹跟踪误差快速收敛至0,实现了移动机器人对期望轨迹的快速跟踪。通过仿真实验与非线性快速终端滑模控制器和传统滑模控制其进行对比,验证了改进非线性快速终端滑模控制器的优越性。

基于改进滑模控制的悬臂式掘进机轨迹跟踪技术

针对传统滑模控制在悬臂式掘进机轨迹跟踪中存在全局收敛速度慢、抖振显著等不足,提出了一种基于新型趋近律的改进滑模控制方法。通过在传统指数趋近律基础上引入掘进机机身的横向偏差、航向角偏差以及幂次趋近项,实现了掘进机轨迹偏差的快速收敛以及抖振的削弱;同时,采用边界层法进一步抑制抖振,解决了趋近律中符号函数乘积项易引起抖振的问题。分析了新型趋近律的存在性、可达性以及稳定性,并推导了干扰稳态误差的区间。考虑掘进机的不确定扰动,对传统滑模控制与改进滑模控制方法进行了仿真对比。结果表明,改进滑模控制的控制精度、收敛速度及抗干扰能力均优于传统滑模控制。最后,通过搭建实验平台测试了掘进机轨迹跟踪控制系统的性能,验证了改进滑模控制方法的可行性和有效性。研究结果可为煤矿井下恶劣环境中采掘装备的智能控制提供重要参考。

基于滑模变结构的精密涂布机放卷系统张力控制策略研究

张力稳定是涂布工艺的一个基础条件,如何提高放卷系统的张力控制精度是精密涂布机张力控制面临的难点问题。本研究针对精密涂布机放卷系统张力稳定性控制需求,提出了一种基于滑模变结构控制策略的放卷系统张力控制方法。首先,根据精密涂布机放卷系统的工作原理,建立了放卷系统的参数时变、非线性动力学模型,分析了张力波动的主要原因;然后,在放卷系统张力模型的基础上,设计了一个放卷张力系统滑模变结构控制器,并利用李雅普诺夫(Lyapunov)定理进行了系统稳定性分析;最后,通过仿真试验对所设计的滑模变结构控制器进行了性能验证。仿真结果表明,相比于传统PID控制,本研究所设计的滑模变结构控制器对放卷张力系统具有更好的控制鲁棒性。

基于滑模变结构的混合微电网接口变换器双向下垂控制

由于混合微电网中的交直流子网具有不同的动态特性,当系统发生负荷突变时,会在双向接口变换器(bidirectional interface converter, BIC)两侧子网间产生功率波动,使交流母线频率和直流母线电压动态响应变差,为此提出了基于分数阶滑模控制器(fractional order sliding mode controller, FOSMC)的双向下垂控制策略。将具有鲁棒性强、响应速度快和抗干扰能力强的滑模变结构控制引入到BIC的控制中,得到改进型的分数阶滑模控制器,以改善系统的暂态响应过程。通过Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型,在多种工况下验证了该控制策略的有效性。与传统双向下垂控制相比,该控制算法可以在保证系统原有稳态特性的同时,加快整个系统的响应速度,抑制暂态过程中BIC传输功率的瞬间波动,减小功率波动对交直流子网母线的反作用,提高整个系统的动态性能和抗扰动性能。

4自由度机械手的滑模变结构轨迹跟踪控制

针对机械手的高度非线性、强耦合的特性,依据滑模变结构控制理论,提出了一种机械手的滑模变结构的控制方法,并对其进行仿真。仿真结果证明该方法对4自由度机械手的轨迹跟踪的有效和准确性。

考虑输入饱和的机械臂轨迹跟踪滑模控制

针对复合干扰和输入饱和特性影响机械臂轨迹跟踪精度的问题,给出了一种基于输入饱和补偿的自适应积分滑模控制策略。首先,基于自适应控制方法设计了辅助函数,以消除输入饱和特性的影响;其次,利用所估计的复合干扰上限,结合非奇异积分终端滑模控制方法设计轨迹跟踪控制律,使跟踪误差快速收敛至零的邻域,且削弱了抖振,经过Lyapunov稳定性定理的证明,该算法可以保证轨迹跟踪误差的有限时间收敛性;最后,通过仿真与实验手段,与自适应非奇异快速终端滑模控制方法的对比验证了所提控制方法的有效性。结果表明:机械臂各关节在仿真和实验中分别可以在0.5 s和0.8 s内跟踪上期望轨迹,跟踪误差能降低到1.2×10^(-3)rad和8.7×10^(-3)rad内,有效解决机械臂输入饱和问题和复合干扰对系统轨迹跟踪控制精度的影响。

一种基于滑模变结构的电压型SEPIC变换器混沌控制方法

针对高阶电压控制型开关功率变换器的非线性特征,提出了一种抑制DCM模式SEPIC变换器中混沌现象的滑模控制方法。该方法根据DCM模式SEPIC变换器的工作模式特点在状态变量的选取上进行改进,使相应的相轨迹在DCM模式下均能进入滑模面,并根据滑模函数的存在条件,选取相应的滑模系数。引入自适应滞环控制,通过设置滞环上下限,达到稳定开关频率的目的,实现对系统的混沌控制。通过搭建系统的Simulink模型对方法进行的仿真结果表明:该方法即使在系统出现较大扰动的情况下也能使系统稳定地运行于单周期态,且具有动态响应速度快,输出纹波小等特点。