MODELING AND CONTROLLING OF PARALLEL MANIPULATOR JOINT DRIVEN BY PNEUMATIC MUSCLES

A parallel manipulator joint driven by three pneumatic muscles and its posture control strategy are presented. Based on geometric constraints and dynamics, a system model is developed through which some influences on dynamic response and open-loop gain are analyzed including the supply pressure, the initial pressure and the volume of pneumatic muscle. A sliding-mode controller with a nonlinear switching function is applied to control posture, which adopts the combination of a main method that separates control of each muscle and an auxiliary method that postures error evaluation of multiple muscles, especially adopting the segmented and intelligent adjustments of sliding-mode parameters to fit different expected postures and initial states. Experimental results show that this control strategy not only amounts to the steady-state error of 0. 1° without overshoot, but also achieves good trajectory tracking.

基于混合扩张状态观测器的农田平地机液压系统反步滑模控制研究

为解决农田平地机液压系统在复杂地貌平地作业时控制精度低、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于混合扩张状态观测器(HESO)的反步滑模控制器。其中,HESO基于输出反馈信号估计系统未知状态和总扰动,并在前馈通道中进行扰动补偿;基于快速趋近律设计的反步滑模控制器输出连续光滑的控制量,增强了系统鲁棒性,克服了系统非线性与参数不确定性问题;通过Lyapunov稳定性理论对所提出的观测器和控制器稳定性进行验证,得到误差一致有界稳定结论;通过AMESim和Matlab/Simulink联合仿真与田间试验对本文控制算法的有效性和优越性进行了验证。在两条地貌情况较为复杂波浪地中单次平地和地貌情况较为相似的两田块进行3次遍历试验表明,使用本文控制方法,平地后高程相较于平地前标高的平均绝对误差、最大绝对误差、绝对误差标准差分别为0.053、0.146、0.037 m和0.02、0.041、0.011 m,较PID算法分别降低36.35%、28.32%、31.37%和62.6%、50%、51.83%。

基于滑模PI控制的电动汽车集群出力与调频联合优化

电动汽车(EV)集群在参与电网调频时,持续大量的出力可能会导致系统频率出现超调现象,且会增加系统的调频成本和对EV集群的补偿成本。在保证系统频率稳定的前提下,为了协调EV集群与发电机的出力,提出了基于滑模比例-积分(PI)控制的发电机和EV集群联合优化方法,并以系统调频成本和频率稳定为目标,对EV集群的车辆投入比例进行优化。考虑私家车、公交车、出租车这3种类型EV参与电网辅助调频,建立了EV集群参与微电网调频的单区域系统模型,通过滑模PI对EV集群进行控制,在保证频率稳定的情况下,显著减小EV集群出力;进一步对EV集群车辆投入比例参数进行优化,显著降低系统的调频成本。对发电机容量充足、不足的工况进行仿真,并对比参数优化前、后的结果,验证了所提联合优化方法的有效性和经济性。

叉车转向系统动力学建模仿真及转向性能研究

平衡重式叉车是一种专门设计用以装卸搬运的工业车辆,在港口码头等运输行业的应用非常广泛。目前,由于叉车的运行工况环境复杂,且工作过程需要频繁进行转向操作,叉车的转向系统性能和运行稳定性愈发受到关注。文中为提升平衡重式叉车转向性能,以某4 t平衡重式叉车为研究对象,建立了基于主动后轮转向的滑膜控制系统仿真模型,研究其对叉车在不同工况条件下转向系统性能的影响并进行评价。

不同控制方式和卸荷应力路径下类岩石节理剪切强度特征研究

为研究不同控制方式和卸荷应力路径下岩石节理失稳剪切强度特征,借助RDS-200型岩石节理剪切试验系统开展了2种控制方式和3种卸荷应力路径下的类岩石节理直剪试验。结果表明:(1)采用应力控制方式进行切向加卸载时,各剪切加卸载路径下,节理剪切应力-时间曲线多存在失稳跌落现象,剪切应力-位移曲线失稳后多表现为折线形式。(2)与采用应力控制方式进行切向加载的试样结果相比,采用位移控制方式进行切向加载、采用应力控制方式进行法向卸载并保持剪切应力恒定、采用应力控制方式进行法向卸载和切向加载、采用应力控制方式同时进行法向和切向卸载的试样失稳剪切强度均有所降低;节理黏聚力减小百分比平均值为36.07%,而内摩擦角变化范围仅在4.12%以内,所以黏聚力降低是节理失稳剪切强度降低的主要原因。(3)以采用应力控制方式进行切向加载试样的拟合摩尔-库仑公式为基准,位移控制方式或其他采用应力控制方式的加卸载应力路径下试样失稳剪切强度的相对误差平均值最大可达55.78%。经引入黏聚力修正系数k对摩尔-库仑准则进行修正后,相对误差平均值的最大值减小到5.23%,说明对经受位移控制方式或采用应力控制方式的其他加卸载应力路径的工程节理来说,进行黏聚力的折减修正是必要和可行的。研究结果对不同控制方式及卸荷应力路径下岩体节理剪切承载能力的准确估计具有一定参考价值。

主动前轮转向控制特性研究

【目的】对主动前轮转向控制系统展开研究,改善汽车的转向性能及安全性能。【方法】使用Simulink建立车辆理想二自由度模型,基于滑模控制理论搭建主动前轮转向系统,并通过Simulink与Carsim的联合仿真环境进行车速分别为40 km/h、80 km/h、120 km/h,地面附着系数为0.8的控制器效果仿真实验。【结果】主动前轮转向控制器提供的附加前轮转角可使实际横摆角速度紧密跟随理想横摆角速度,且无明显抖振。【结论】主动前轮转向控制器对于提升车辆稳定性有重要意义,可为AFSS控制器的开发提供一定的理论指导。

有机封装基板常见失效模式与制程控制

随着封装技术的迅速发展,集成电路封装需要具备微型化、多功能化、高频、高速、高性能以及低成本等特点。为了满足先进封装的需求,有机封装基板朝着小孔径、高布线密度、小尺寸等方向发展,这一发展趋势对基板的机械稳固性、散热性和电学性能提出了更高的要求,对内部互连可靠性、离子迁移以及焊点牢固性的控制带来很大挑战。研究了孔底开裂、离子迁移、焊点开裂等失效模式,分析其失效机理,总结失效模式的影响因素,有针对性地提出了有效的基板制程控制措施。

带式输送机“T”型纵撕保护装置设计

为了防止带式输送机发生纵向撕裂,满足煤矿的多搭接点应用需求并适应斜井和平巷胶带机的2种布置方式,设计了一种新型的带式输送机“T”字型纵撕保护装置。通过分析“L”型纵撕保护的动作原理和实际应用中的缺点,结合斜井布置胶带机安装纵撕保护后频繁误动作的现场实际情况,设计出“T”字型的结构配合使用双点动作传感器,同时满足承接2种落料效果和触发方式,从结构上和动作方式上提高胶带机纵撕保护的可靠性、稳定性、灵敏性,有效降低保护的误动作率,不仅可以提高胶带机开机率也可有效减少带面发生纵向撕裂后造成的损失。该装置在神东煤炭集团石圪台煤矿主斜井胶带机投入使用后,保护效果能够满足设计预期和应用需求。

基于低通滤波器的柔性关节空间机器人时延估计跟踪控制

为解决位姿不受控情况下柔性关节空间机器人系统预抓取阶段的关节跟踪控制和振动问题,采用拉格朗日方程并结合动量守恒原理进而建立漂浮基三杆柔性关节空间机器人系统动力学方程。为提高柔性关节的等效刚度,引入关节柔性补偿的方法;即根据奇异摄动理论,将柔性关节空间机器人系统分解为慢变系统和快变系统。在此基础上,针对慢变系统设计以时延估计为主框架的滑模控制方法,同时与低通滤波器相结合消除滑模控制带来的系统抖振问题;针对快变系统设计线性速度差值反馈控制系统,抑制柔性关节给系统带来的柔性振动问题。通过仿真验证空间机械臂能够在有限时间内快速、稳定地跟踪上期望轨迹,证实该控制方案具有较好的鲁棒性和可靠性。

智能车辆的轨迹跟踪与行驶稳定性控制研究

为了提高无人车辆在不同工况下的轨迹跟踪效果和行驶安全性,提出了一种轨迹跟踪与横摆稳定性集成控制策略。根据车辆轨迹跟踪模型,基于曲率前馈控制得到前馈前轮转角,首先,依据横向和航向偏差联立滑模控制理论设计反馈控制器;然后,前馈与反馈结合得到车辆轨迹跟踪控制器,以横摆角速度偏差和质心侧偏角偏差联立非奇异滑模理论设计上层横摆力矩控制器,基于轮胎纵向力利用率之和最小设计了二次规划下层力矩分配控制器;最后,通过CarSim和Simulink联合仿真进行低速冰雪和高速干沥青2种路面工况下的仿真验证。仿真结果表明,所提出的轨迹跟踪与横摆稳定性集成控制策略有良好的轨迹跟踪能力,提高了车辆的行驶安全性,减小轮胎的磨损。

基于自适应滑模控制的下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪

针对人体膝关节瞬心曲线为可变曲线的问题,设计了双摇杆膝关节结构,采用粒子群算法,以人体膝关节瞬心轨迹为优化目标,得到了膝关节连杆杆长尺寸,并且在SolidWorks中进行3D建模,画出整体下肢外骨骼机器人,采用了一种多输入多输出的控制算法来对髋、膝关节进行同步控制,提升了使用者穿戴下肢外骨骼机器人的舒适性,并与PID算法进行对比。仿真试验结果表明,自适应滑模控制能够同时控制髋、膝关节来达到期望轨迹,相对于PID算法具有更良好的跟踪性能。

单连杆柔性关节机械臂的高阶滑模控制器设计

针对单连杆柔性关节机械臂系统,提出了一种基于高阶滑模算法的有限时间镇定控制方法。所提出的方法涉及两个关键方面。首先,通过引入加幂积分器,设计了一个新的李雅普诺夫函数,使得输出信号在有限时间内收敛。其次,利用符号函数抑制了系统不确定性造成的抖振现象。基于有限时间李雅普诺夫稳定性理论,证明了该算法能够保证滑动变量在有限时间内收敛到原点。最后,单连杆柔性关节机械臂的仿真结果验证了高阶滑模控制算法的有效性。

工业机器人关节轨迹预定义时间滑模跟踪控制

针对工业机器人关节轨迹跟踪控制问题,设计了一种新型预定义时间滑模轨迹跟踪控制器。首先,通过分析工业机器人关节传动机构,建立了由永磁同步电机驱动的关节运动模型;然后,设计预定义时间滑模轨迹跟踪控制器,并对控制器的非奇异性和预定义时间收敛性进行分析,确保轨迹跟踪误差能够在预定义时间内完成收敛;最后,在工业机器人上进行实验,结果表明,所设计的控制器具有良好的轨迹跟踪性能,并能保证跟踪误差在预定义时间内收敛。

汽车线控转向系统控制研究

为了提高汽车线控转向系统操纵稳定性,对其控制策略进行了研究。首先,通过分析系统运动学微分方程,采用Matlab/Simulink软件构建汽车线控转向系统的仿真模型。设计基于车轮转角的改进滑膜控制策略,在双移线变道工况和阶跃信号转向工况下进行多次联合仿真试验。结果表明,改进的滑膜控制具有良好的控制效果,此研究的线控转向系统可以提高车辆转向操纵的稳定性。

全簧片式空间大行程并联柔性微定位平台及其轨迹控制

为了解决传统微定位平台运动范围小、寄生运动和交叉轴耦合严重导致运动精度低等问题,提出了一种音圈电机驱动的全簧片式大行程、空间多自由度并联柔性解耦微定位平台。首先,介绍了含簧片型柔性球铰的大行程多自由度并联柔性机构的结构和变形原理。接着,以空间三自由度为例,推导了动平台的运动学方程,建立了机构的输入刚度模型,并基于柔度矩阵法对柔性球铰进行了柔度建模和设计,从而确定了微定位平台的参数。此外,分别对三自由度方向进行了系统动力学模型辨识,并基于模型设计了一种相位超前PI反馈控制结合滑模前馈控制的复合控制器。最后,搭建了平台实验系统来验证其轨迹跟踪性能。实验结果表明:与经典的PID控制相比,该复合控制方法能够使得轨迹跟踪性能提高95%以上,加入的滑模前馈也能够有效消除单纯反馈控制产生的相位滞后。并且,所提出的多自由度微定位平台能够实现±3.23 mm×±21.50 mrad×±20.30 mrad的运动范围,具有行程大、稳定性好和精度高等特点,可以用于许多需要大行程高精度的空间定位场合。

多关节工业机器人BSMC与EPCH协同优化控制

为了解决多关节工业机器人无法同时具有优越的快速性与准确性的问题,提出了反步滑模控制(BSMC)与误差端口受控哈密顿(EPCH)控制的协同优化控制策略。首先,分别设计了BSMC控制器与EPCH控制器;其次,采用基于机器人关节位置误差的高斯函数作为协同优化控制系数,使系统在BSMC与EPCH之间进行平滑切换,且进一步设计了协同优化控制策略,使多关节工业机器人能够兼具BSMC控制器与EPCH控制器的优点;最后,仿真实验结果表明,所提出的控制策略可以使机器人关节伺服系统同时具有快速的动态响应速度和准确的跟踪精度。

Sliding Mode and PI Controllers for Uncertain Flexible Joint Manipulator

This paper is dealing with the problem of tracking control for uncertain flexible joint manipulator robots driven by brushless direct current motor(BDCM). Flexibility of joint in the manipulator constitutes one of the most important sources of uncertainties. In order to achieve high performance, all parts of the manipulator including actuator have been modeled. To cancel the tracking error, a hysteresis current controller and speed controllers have been developed. To evaluate the effectiveness of speed controllers, a comparative study between proportional integral(PI) and sliding mode controllers has been performed. Finally, simulation results carried out in the Matlab simulink environment demonstrate the high precision of sliding mode controller compared with PI controller in the presence of uncertainties of joint flexibility.

基于联防联控架构的网络威胁情报系统设计

为加强高校安全威胁防范能力,文中设计一种基于联防联控架构的网络威胁情报系统。从威胁情报应用角度出发构建情报采集架构,并采集内部、开放两类数据,再基于标准化数据接口设计威胁情报共享平台安全联动架构;然后,构建网络安全威胁程度数学模型,以安全状态到联防联动架构的最小欧氏距离划分威胁预警等级;其次,引入编辑距离分析不同情报之间的相似性,通过对情报源重要程度判断约减无关情报;最后,使用动态类哈夫曼树归并算法归并处理情报信息,在扩散函数映射的基础上,结合钻石模型得到活动-攻击线,获取全部威胁情报。实验结果表明:所设计系统与实际攻击目标区域只存在最大为0.2节点密度的误差,威胁预警程度范围与实际范围一致,说明使用所设计系统能够起到协同联防作用。

基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制

针对柔性关节机器人中存在的非线性摩擦问题,提出一种基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制方法。首先,通过线性化参数的方法对柔性关节机器人受到的摩擦进行建模,并对模型中未知参数设计自适应律以实现摩擦的估计;然后,针对摩擦模型的误差,进一步设计观测器进行估计,结合摩擦的自适应和模型误差估计实现对摩擦的补偿;最后,利用电机侧和关节侧的位置误差和速度误差设计一级滑模面,再根据一级滑模面设计二级滑模面,从而得到分级滑模控制器,进一步实现柔性关节机器人的位置轨迹跟踪控制。通过Lyapunov函数证明了机器人关节轨迹跟踪误差的收敛性。仿真结果表明:该控制方法结合参数自适应和模型误差观测器可以有效地对摩擦进行补偿,在有限时间内实现柔性关节机器人的位置轨迹对期望位置轨迹的跟踪。

基于干扰观测器的级联气动肌肉肘关节滑模控制

肘关节的设计和控制是仿人手臂的研究重点。为了得到肘关节的模型,首先搭建测试平台对单根气动肌肉进行静态建模,再建立级联式肘关节的名义模型,采用最小二乘参数辨识得到模型的参数。基于Luenberger干扰观测器设计了滑模控制律。分别采用PID控制、滑模控制和基于干扰观测器的滑模控制对肘关节位置跟踪进行仿真和实验,在仿人手臂末端夹持半瓶矿泉水作为负载和外界不确定性干扰,测试3种控制算法的性能。仿真和实验结果表明,基于干扰观测器的滑模控制位置跟踪精度和鲁棒性均优于滑模控制和PID控制。