一类非线性欠激励机械系统的控制研究

以直轨二级倒立摆 (DIP)系统为例分析了一类非线性欠激励系统动力学 ,提出了一种基于动态变量优化算法和该类系统的控制策略。仿真结果显示了该算法对该类非线性欠激励系统控制的有效性 ,并且该算法具有较快的收敛速度和较高的计算精度。

一类欠驱动机械系统的非线性控制

针对一类欠驱动机械系统,分析了其数学模型,提出了一种基于部分反馈线性化的非线性控制方案.该方案利用精确线性化的方法将欠驱动系统直接激励部分线性化,将被动部分作为系统的内部动态考虑;并选择直接激励的自由度作为系统输出,进行系统的轨迹跟踪控制;通过分析系统的内部动态,证明了零动态的稳定性能保证控制系统的稳定性.最后通过对吊车的负载防摆控制的研究,验证了该方案的可行性.

欠驱动机械系统控制设计综述

为了探讨欠驱动机械系统具有一般性的系统化控制设计方法,综述了目前关于欠驱动机械系统控制问题的具体应用和主要方法。基于欠驱动机械系统一般性的动力学描述,介绍了将其动力学转换成具有结构特征的三种级联非线性规范型的归约方法,归纳了针对三种级联规范型的一般性非线性控制方案,对今后欠驱动机械系统控制设计的研究发展方向进行了展望。

欠驱动机械系统的三类级联规范型

基于欠驱动机械系统的动力学,分析了其驱动模式;为了便于欠驱动机械系统的控制设计,针对具有动能对称性的欠驱动机械系统,提出了一种闭环全局坐标变换方案.该方案将欠驱动机械系统的动力学转换成具有结构特征的级联规范型(即严格反馈、严格前馈和非三角级联非线性系统),并分别给出了Pendubot、倒立摆系统和TORA(T ranslationa l O sc illator w ith R otationa l A ctuator)系统的级联规范型.

冲击激励下含限位器的气囊-船用旋转机械系统的动力学特性分析

主要研究了冲击激励下含限位器的气囊-旋转机械系统的动力学特性。首先,考虑了轴承的非线性油膜力和转子的不平衡力等因素,建立了在冲击激励下气囊-旋转机械系统的非线性动力学模型;然后,采用数值模拟的方法分析了冲击激励下,限位器对气囊-旋转机械系统动力学特性的影响,讨论了在限位器不同刚度比、安装间隙、阻尼比等参数下气囊-旋转机械系统的动力学响应。结果表明:限位器的刚度和安装间隙对冲击激励下系统的最大相对位移和绝对加速度有较大影响,而阻尼对其影响会随着刚度比的增大而减小。

基于可变设计参数的平面Acrobot位置快速控制方法

为平面Acrobot系统(无重力项)提出一种基于可变设计参数的快速位置控制方法。首先,根据平面Acrobot系统的完全可积特性,获取驱动关节与欠驱动关节的角速度和角度约束关系。其次,根据系统的物理结构,推导出末端点坐标位置和两关节角度之间另一类约束关系。然后,基于这两类约束关系,利用粒子群优化算法求取目标位置对应的两杆目标角度。接着,通过构造李雅普诺夫函数为平面Acrobot系统设计控制器,并根据控制器中设计参数的特性,选择一个可变的设计参数,减少控制系统到达目标的时间。利用连杆角速度和角度约束关系,通过控制驱动杆到目标角度同时连带控制欠驱动杆到目标角度,实现系统的控制目标。最后,仿真结果验证所设计控制方法的有效性和快速性。