基于LQR对直线倒立摆的稳摆控制研究及实现

针对倒立摆的稳摆控制问题,研究设计了一个LQR控制器。首先,考虑摆杆摆动的阻力矩,采用牛顿力学分析方法推导出直线倒立摆的数学模型,建立了其线性状态空间模型,并分析了系统的稳定性、能控性与能观性。通过采用仿真试凑确定加权矩阵Q、R,得到状态反馈增益矩阵K,完成LQR控制器的设计。之后,搭建了以开放式运动控制器为核心的倒立摆实验平台,在计算机上开发了实时人机交互程序,在运动控制器里编写了倒立摆控制算法。最后,进行了仿真与实测实验,验证了所设计的LQR控制器的有效性和可行性。

采摘机器人机械臂运动控制与目标抓取研究——基于嵌入式和机器视觉技术

首先,从整体方案、视觉定位系统和运动控制系统完成了对采摘机器人机械臂控制系统的设计;然后,基于图像处理技术设计了目标物体识别与抓取策略;最后,基于RRT算法研究了对采摘机器臂运动轨迹的控制方法,实现了对采摘机器人机械臂运动控制与目标抓取系统。采摘试验结果表明:系统对苹果的识别和定位准确度比较高,采摘成功率达到了100%,对采摘机器人自主采摘的实现具有一定的现实意义。

基于S7-200 PLC的步进电机运动控制系统设计

提出基于西门子S7-200 PLC的步进电机运动控制系统的设计与实现。由于S7-200系列PLC不支持圆弧插补功能,采用极限逼近的算法,利用PLC输出高速脉冲信号和方向信号驱动步进电动机进行画圆的工作,并通过系统的调试对该方法进行了验证。

非理想相贯焊缝自动化焊接的运动控制研究

为了实现对加工装配存在误差的大构件相贯焊缝的多层多道自动化焊接,在介绍四轴联动焊接机器人结构及工作原理的基础上,建立了集斜交、偏置的通用相贯焊缝数学模型,提出一种连续控制焊枪位置参数及姿态调整值的计算方法,利用关键点示教+分段空间圆弧插补确定焊枪位置,主法面二分角法给出焊枪姿态,最后采用PC机+运动控制卡的方式构成伺服控制系统,驱动电机执行运动控制算法。该运动控制算法通用性较强,对管管焊缝工程化应用具有重要的参考价值。

基于数据驱动的范数最优迭代学习控制

在系统模型确定的前提下,传统的范数最优迭代学习控制(NOILC)可以有效提高伺服系统的跟踪精度。但是在实际控制过程中,系统模型参数往往是变化的,从而导致控制器性能的下降。为此,提出了一种基于数据驱动的范数最优迭代学习控制方法。以系统的输入输出为依据,建立系统估计模型的代价函数,对代价函数进行偏微分处理,得到一种基于数据驱动的非参数模型辨识方法,最后将此模型辨识方法和NOILC相结合。实验结果表明:针对时变系统,此控制方法的跟踪误差为NOILC(Norm optimal iterative learning control,NOILC)的57.1%,并且相比NOILC提前5次收敛。因此,提出的方法能有效改善时变系统的跟踪性能。

基于嵌入式技术的运动目标控制与自动追踪系统设计

针对目前移动机器人运动目标定位不准确和追踪过程中容易丢失的问题,设计了一种基于嵌入式技术的运动目标控制与自动追踪系统。本系统以光斑模拟运动目标,通过算法编程不但可以实现目标的运动轨迹控制,还可对其运动轨迹进行自动追踪。本设计以嵌入式芯片STM32F103为核心,通过OpenMV进行图像数据处理,并由PID精确算法调节舵机,从而控制光斑在屏幕上按照设定程序进行移动和追踪。经测试,该系统能够准确地完成运动目标的控制和自动追踪任务,反应灵敏,性价比高,可广泛应用于运动目标追踪等智能控制设备中。

海参捕捞机器人运动控制系统的仿真研究

随着水下机器人技术的发展,海参捕捞机器人将逐渐取代费时费力的人工捕捞作业。但是海参捕捞机器人的运动控制精度一直影响其运动稳定性和捕捞效率,一方面是由于海底的作业环境恶劣多变,机器人的结构功能复杂;另一方面是随着海参的累积,机器人的参数发生改变,原有控制模型的控制精度下降。为提高海参捕捞机器人的运动控制精度,在综合考虑机器人各种载荷的基础上,还考虑了海参对机器人造成的干扰,建立更加全面的机器人动力学模型;并运用模型预测控制理论和非线性干扰观测器对机器人的运动过程进行模拟分析。通过分别模拟机器人的定深下潜、运动姿态保持、路径跟踪和载重上升运动过程,定量分析机器人的运动控制精度,最后构建一个系统全面且精度较高的海参捕捞机器人运动控制系统。

基于双混联机器人协同运动控制的薄壁件镜像铣削研究

为提高薄壁件镜像铣削过程中的加工质量,本文提出一种针对双混联机器人镜像铣削的协同运动控制策略。首先,结合机器人运动控制特点,研发出一种双CPU主从控制架构的开放式数控系统,以实现人机交互和运动控制;然后,为实现双机协同运动并提高薄壁件加工质量,在数控系统中集成了4大关键技术,分别是双机器人的镜像路径生成、同步速度规划、协同运动学和运动误差实时补偿;最后,基于自主开发的集成式镜像铣削数控系统,开展了单点和多点支撑、双机协同与非协同加工的平面薄壁件槽铣削试验,多点支撑的平面铣削试验,大曲率路径高速协同运动试验与曲面薄壁件槽铣削加工试验。试验结果表明,提出的协同运动控制策略能够保证双机器人具有较高的同步位置精度。此外,多点支撑方式在保证薄壁件铣削壁厚的同时,还可提高工件铣削的颤振稳定性。

铁路悬索桥车致纵向运动混合阻尼减振研究

针对铁路悬索桥在列车过桥时梁端纵向运动响应控制问题,提出了一种创新的混合阻尼减振方案,采用多种类型的阻尼器控制梁端位移,以满足不同的减振需求.以某在建大跨铁路悬索桥为工程背景,建立了空间桁架精细模型和等效单梁简化模型,系统研究了混合阻尼减振方案不同阻尼器参数对减振效果的影响.该方案将低指数黏滞阻尼器纵向安装于桥塔与加劲梁之间,同时在桥台与加劲梁之间纵向安装电涡流阻尼器.鉴于桥台结构的特殊性,电涡流阻尼器被设计为仅能承受压力的装置,并通过样机试验进行了验证.为了进一步提升减振性能,电涡流阻尼器还配备了摩擦耗能元件.该混合阻尼减振方案能够有效控制列车过桥时梁端的纵向运动响应,显著提高桥梁结构的安全性和耐久性,在类似工程中具有重要的参考价值和借鉴意义.

基于DCS-惯性权重组合的柔性机械臂运动轨迹控制系统研究

为了有效调控机械臂运动幅度,避免柔性机械臂实际运动轨迹与目标轨迹发生较大的偏差,设计一种基于分散控制系统(DCS)-惯性权重组合的柔性机械臂运动轨迹控制系统,它是一个集合了计算机、通信、显示和控制的计算机系统,该系统由过程控制和过程监控。通过DCS算法控制监测对象行为幅度并计算柔性机械臂惯性权重,利用DCS-惯性权重组合求解素数控制指标的具体数值,实现了对柔性机械臂运动轨迹控制系统的软件设计。实验结果表明,DCS-惯性权重组合算法作用下的机械臂末端坐标在横轴、纵轴、空间轴方向上的运动幅值均可以被控制在10个单位长度之内,并且在0.52 s内进入机械臂运动轨迹最佳控制状态,运动轨迹差值最大仅为0.01 rad,验证了该系统具备可行性和有效性。

小型无人有缆遥控水下机器人智能控制方法

针对深度确定性策略梯度(DDPG)算法应用于无人有缆遥控水下机器人(ROV)运动控制时存在的坏样本影响学习稳定性、缺少环境探索能力以及学习时间长难收敛等问题,从神经网络结构、噪声引入和融合监督学习3个方面对DDPG算法进行改进,并提出了基于混合神经网络结构和参数噪声的监督式DDPG算法。仿真结果表明,监督式DDPG算法比常规DDPG算法和传统比例-积分-微分(PID)算法更加有效。

基于CODESYS平台的移动机械臂运动控制系统设计

针对传统六关节机械臂操作空间有限的问题,以移动底盘和Elfin05机械臂为控制对象,采用ARM+CODESYS架构和PLCopen规范设计了一款移动机械臂运动控制器。首先根据MD-H参数与坐标变换思想建立移动机械臂正运动学模型,基于关节角参数化解析法简化移动机械臂的冗余度进行逆运动学求解,并设计相应运动学功能块;其次采用分布式控制思想设计控制模块,以SM3_CNC库为基础设计了机械臂的点到点运动控制功能块,基于Backstepping法设计了移动底盘的跟踪控制功能块;再次以Visualization模块为基础设计人机交互界面;最后以该机器人为实验对象进行实验,实现了移动底盘与机械臂的协同运动,增加了传统六关节机械臂可操作空间,并验证了该运动控制器设计的有效性。

五轴线性刀路的局部能量光顺及奇异避免方法

针对现行五轴加工中存在的路径拐角处平动轴减速过度,奇异区域旋转轴角度变化剧烈的问题,以AC双转台五轴机床为研究对象,提出一种满足机床运动学约束的路径优化方法。该方法首先以刀心点光顺前后最大许用偏移量作为约束,利用转角向量和双弦弓高进行建模,寻求微小线段拐角处局部能量最优解。并对奇异范围内部和边缘的刀轴矢量点二次规划,使得矢量末端刚好绕过单位球面上的奇异区域,极大地保留原有加工特性。通过结合三角函数加减速控制算法,对优化效果进行评估。仿真结果表明:该路径优化方法在拟合偏差与弓高误差均没有超过许用值的同时,平均进给速度提升了10.64%,而且能有效避免加工中奇异现象的发生。可见本文所提出的方法在提高五轴加工效率和加工质量等方面具有较高的理论意义和实际应用价值。

“三教改革”背景下教学设备的自主开发与应用--以运动控制系统实训装置为例

为推进“三教改革”落地实施,破解实训项目难以跟随技术发展变化的问题,对接“1+X证书”技能等级标准,把企业实际项目进行研学转化,设计出一种具有电气控制盘开放、控制系统可选择、执行机构可拼装、末端执行器可互换可升级的运动控制系统实训装置。这种教学实训装置的开放性和灵活性,为教学设备提高复合利用率、降低报废率、设备长期保持技术先进性提供了一种新方法;为机电一体化系统设计类岗位个性化的技术训练以及职业素养养成训练提供了一种“教法改革”新思路,设备研发过程中对于职业院校教师技术能力提升也提供了一种“教师改革”新途径。

基于人工智能技术的机器人运动控制系统设计

设计一种基于人工智能技术的机器人运动控制系统,确保机器人更好地理解人类的意图,并提供更加人性化的服务。该系统通过运动数据采集与传输组件连接机器人的轴电机,采集机器人当前运动数据后,将其传输到控制器组件内,控制器组件依托X86架构工控机,使用PIC总线将采集到的机器人当前运动数据发送到基于人工智能技术的机器人运动路径规划模块内。该模块运用人工智能技术中的A*算法获取机器人轨迹路径规划结果后,依据该路径规划结果,将人工智能技术中的神经网络和模糊B样条基函数相结合,建立模糊B样条基函数神经网络控制器。该控制器输出机器人运动控制指令,并发送给伺服驱动器组件,伺服驱动器负责驱动机器人轴电机,控制机器人运动。实验结果表明:所设计系统具备较强的机器人路径规划能力,可在复杂路径情况下实现机器人运动控制,且控制精度和控制阶跃响应能力均较强。

虑及控制机构运动关联的柱塞泵动态特性研究

针对柱塞泵建模过程中因函数简化控制机构及其运动关系而造成的误差大、不精准问题,提出基于控制机构运动关联的非简化建模方法。结合柱塞泵的控制原理,利用AMESim搭建功率-压力-电比例复合控制的柱塞泵仿真模型。通过对压力、电流和转速的组合控制,对柱塞泵的控制特性进行仿真测试,得到与理论研究相吻合的动态特性曲线。进一步通过台架试验对柱塞泵进行测试,试验结果表明:柱塞泵在实际工作中存在响应时间,系统流量在液压系统开启和闭合瞬间存在冲击振荡。对比两种建模思想的仿真结果,非简化模型最大相对误差分别为3.51%和5.08%,平均相对误差分别为1.74%和1.98%,均小于简化模型。柱塞泵建模准确,为实现产品性能优化和系统数字孪生提供了模型支撑。

创新方法融入运动控制系统课程的探索与实践

探讨了创新方法TRIZ在运动控制系统课程中的应用研究与实践。通过调研国内外相关研究现状及分析TRIZ的基本理论和方法,提出了将TRIZ融入课程的教学策略:引入TRIZ概念和工具、构建融合TRIZ的工程案例、设计融合TRIZ的项目作业。以山东理工大学运动控制系统课程为案例,详细阐述了三种教学策略的实施过程与成效。研究结果表明,TRIZ的引入有效提高了学生的创新能力和实践能力,增强了学生对运动控制系统专业知识的实际应用。

现代运动控制教学实训设备的设计与实现

电机控制是现代电气自动化技术专业学生须掌握的技能,也是培养学生工程实践能力的主要途径。目前运动控制实训教学设备中仍大多以继电器—接触器控制和PLC控制继电器方式为主。随着工业互联网、人工智能、工业大数据的发展,采用工业网络通信控制电机的方式应用越来越多,通过网络通信控制电机的方式无复杂的控制接线,搭建的系统具有极高的灵活性,适应现在电机控制的发展需求。为此,本项目在传统教学设备的基础上,集成工业网络控制、PLC和继电器-接触器控制电机的方式,完成现代运动控制教学实训设备的设计。

基于线上线下混合式教学的运动控制系统教学改革与实践

在新工科背景下,原有的运动控制系统课程教学已经无法满足人才培养的要求。运动控制系统课程教学改革以课程目标、教学模式和考核方式为抓手,在课程理论教学、实验教学和课程仿真大作业辅导教学中实施了线上线下混合式教学,期望达成知识和能力并重的教学目标。课程教学改革的实施拓展了学生学习的时间和空间,提升了学生的教学活动参与度,满足了学生的个性化学习需求,体现了“以学生为中心”的教学理念。

基于Matlab的项目式驱动法在《运动控制系统》课程教学改革中的研究

针对“运动控制系统”课程内容多、理论性强、实验调试复杂且效率低、教学效果不理想等突出问题,本文提出了基于Matlab的项目式驱动法。将《运动控制系统》课程教学内容以具体项目进行软件仿真,细化到对应项目中,采用图形直观的方式,很好的体现了项目与基本控制模块之间的联系。同时对课堂理论教学、实验教学及教学方法与手段、考核方式进行了改革。本文研究内容对于培养学生的学习兴趣、思维能力和工程能力都有很大的提升,对其它专业课程教学改革有一定的借鉴意义。