多源扰动下光电跟踪系统连续非奇异终端滑模控制

针对多源扰动下的光电跟踪系统,提出一种基于有限时间扰动观测器的连续非奇异终端滑模控制方法.首先,通过扰动观测器在有限时间内估计出集总扰动并用于快速幂次趋近律的设计,利用非奇异快速终端滑模面和等效控制方法,得出连续有限时间控制律.采用Lyapunov稳定性方法进行了严格的有限时间收敛证明.其次,对2–DOF光电跟踪系统进行建模,分析影响控制精度的多源干扰因素,并进行控制律设计.最后,结合实际工作环境进行仿真与实验研究,论证算法的有效性.结果表明,提出的控制方法可使得系统输出即使在多源扰动存在情况下,也可在有限时间内快速收敛到平衡点,提高了光电跟踪系统的抗干扰能力与稳态控制精度.

基于自适应干扰观测器的永磁球形电机连续非奇异终端滑模控制

针对新型永磁球形电机的轨迹跟踪问题,提出一种基于自适应干扰观测器的连续非奇异终端滑模控制策略。首先,通过拉格朗日第二方程构建了永磁球形电机在复合干扰下的动力学模型,根据线性叠加原理建立了永磁球形电机完整的转矩模型。然后,为降低复合干扰对永磁球形电机跟踪控制的影响,提出改进的自适应干扰观测器,估计永磁球形电机的外部扰动、摩擦力矩、动力学模型误差和转矩模型误差等在内的未知复合干扰。此外,基于永磁球形电机的名义动力学模型,提出连续非奇异终端滑模控制算法。最后,通过Lyapunov方法证明了该闭环控制系统的稳定性,分析了跟踪误差的收敛性。通过仿真对比和实验结果验证了所提出控制策略的有效性和精确性。

基于自适应时延估计的空间机械臂连续非奇异终端滑模控制

针对载体位姿不受控的漂浮基刚性空间机器人系统,提出了一种基于自适应时延估计的连续非奇异终端滑模控制方法。首先针对传统时延估计技术在不同情况下一直使用一固定的动力学方程惯性矩阵估计值,导致系统控制效果退化的问题,利用自适应时延估计方法根据系统状态对该估计值进行调整,引入改进的连续非奇异快速终端滑模补偿自适应时延估计技术带来的误差,保证了滑模面的连续性与系统的非奇异性,同时提高了系统在接近滑模面时收敛速度,提高了系统控制精度。然后选取合适的李雅普诺夫函数进行稳定性分析,证明了控制方法的稳定性。最后用Matlab进行仿真验证,验证了该控制方案的有效性。

驱控一体7DOF机械臂位置控制技术研究

7自由度(7DOF)机械臂的位置控制存在模型不确定性和摩擦力、重力矩等未知外部干扰,为此,开发了一种7DOF机械臂驱控一体式控制器。首先,设计了基于高级精简指令集计算机(ARM)+数字信号处理器(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)架构的7DOF机械臂驱控一体式控制器方案,确保有足够的计算性能;其次,提出了7DOF机械臂多电机协同控制方法,提高了机械臂位置控制系统的精度和稳定性;然后,设计了基于非线性扰动观测器与快速连续非奇异终端滑膜的复合控制律,用于补偿外界干扰及系统不确定性,同时保证了系统的快速收敛;最后,进行了机械臂关节电机位置控制、速度控制、恒力矩控制、基于非线性扰动观测器的滑模位置控制等实验,对驱控一体式控制方案和复合控制策略的有效性进行了验证。研究结果表明:采用的驱控一体式控制器与多电机位置协同控制方法,能够确保7DOF机械臂关节电机的位置、速度和恒力矩控制稳态误差在1%以内;相比比例积分微分(PID)位置控制,基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模复合位置控制策略的超调量、响应速度、稳态精度等性能均提高了10%~15%,可以满足机械臂高速高精伺服控制要求。