多节链式Pendubot可控度问题研究

本文对多节链式Pendubot进行可控度研究。推导了三种可控度计算方法,排除了计算结果有误的部分算法,计算出1~6节Pendubot可控度指标。研究表明,在多节链式结构中,随着欠驱动的自由度逐一增加,系统可控程度不仅明显减小,而且衰减程度也不断增大。同时本文利用可控度分析对比了不同自由度的欠驱动环节对整体系统可控度的影响,从可控度角度解释了多节Pendubot难于控制的原因。

平面Acrobot和Pendubot的统一控制策略

为实现被动关节处于不同位置的平面Acrobot和Pendubot的统一控制,提出一种基于轨迹规划和跟踪控制的控制策略.系统的控制过程划分为两个阶段:在第1个阶段,通过对驱动连杆规划轨迹并使其跟踪轨迹运动,实现驱动连杆控制目标.此时,欠驱动连杆处于自由转动状态.在第2个阶段,对驱动连杆设计一条带有可调参数的振荡轨迹,并利用差分进化算法优化轨迹参数,确保当驱动连杆跟踪第2阶段轨迹从目标状态出发,最终返回目标状态时,欠驱动连杆也被连带控制到目标状态.通过仿真验证了所提控制策略的有效性和可行性.该控制策略可有效实现平面Acrobot和Pendubot的统一控制.

Pendubot的一种分层滑模控制方法

针对Pendubot这类二阶欠驱动系统提出了一种分层滑模控制方法.该方法将系统状态分成两个子系统,分别构造滑动平面,采用Lyapunov方法求取总控制量,该控制量可以实现Pendubot的摆起控制,当系统接近平衡位置附近时,双层滑模控制器退化成单层控制器,这样又保证了Pendubot能够稳定在最终的平衡位置上.从理论上证明了各层滑动平面的渐近稳定性,并且通过仿真实验验证了该方法的有效性以及该控制器对各类扰动的自适应性.

采用改进的LQR进行Pendubot系统的平衡控制

对于非线性、强耦合的欠驱动两杆机器人Pendubot,采用改进的线性二次型调节器(LQR)进行不稳定平衡位置的平衡控制。首先,对Pendubot系统的动力学方程进行分析,并在平衡位置进行线性化。然后,平衡状态下力矩不为0的平衡位置进行控制时,对LQR控制器进行改进,设计了一个补偿参数,并给出了补偿参数的详细计算方法。最后,采用建立系统的仿真模型,并通过仿真实验进行验证。实验结果表明,改进的LQR方法能够使系统稳定在设置的平衡位置。

Pendubot机器人的计算机控制系统

该文提出并设计了一种使用打印并口做接口的上下位计算机控制系统,把它应用于Pendubot机器人中.该控制系统原理简单、实用,可应用于很多与此相类似的控制系统上,具有易于扩展、适用性广泛的特点.

欠驱动系统Pendubot的模糊控制策略

本文针对欠驱动Pendubot机器人系统,提出一种简单可靠的摇起及平衡控制策略。通过利用模糊控制及全状态反馈控制技术来分别设计摇起控制器及平衡控制器,其中模糊摇起控制器的设计使得系统的摇起可靠性得到大大的加强,并缩短了响应时间,两个控制器的转换通过转换装置实现。最后的仿真结果验证了算法的有效性。

欠驱动Pendubot系统的滑模变结构控制

为了克服欠驱动分步式控制器切换力矩大,调节时间长,吸引域小等关键难题,针对欠驱动Pendubot系统,利用滑模变结构控制方法取代常规的摇起、平衡分步式控制器,设计了摇起、平衡整合式控制器,实现了摇起、平衡控制的统一,极大的简化了控制器的模型,较好的解决了上述问题。最后通过仿真实验验证了控制器的可行性、有效性。

补偿信号法驱动的Pendubot自适应平衡控制

Pendubot是以电机转矩为输入,主动臂角度和欠驱动臂角度为输出的强非线性、多变量、欠驱动机械系统,受到具有时变不确定性的摩擦影响,且模型参数随摆臂质量与长度的改变而变化.本文将上述被控对象采用确定线性模型与未知高阶非线性项来描述,设计消除前一时刻高阶非线性项及其变化率对系统输出影响的补偿器,叠加于基于确定线性模型设计的PD控制器,提出了补偿信号法驱动的自适应平衡控制方法,并对所提方法进行了稳定性和收敛性分析.仿真和物理对比实验表明,当Pendubot系统模型参数改变时,所提控制算法可以有效地消除摩擦的影响,将两摆臂输出角度稳定在目标位置.

欠驱动系统Pendubot的参数认证及其控制设计

本文针对欠驱动Pendubot机器人系统提出一种简单可靠的摇起及平衡控制策略,并通过在线认证的方法实现对其参数的测量.分别利用部分反馈线性化及全状态反馈控制技术来设计摇起控制器及平衡控制器,并通过转换器实现两个控制器的转换.最后利用仿真及实际控制验证了算法的有效性.

基于受控拉格朗日函数的Pendubot镇定控制器设计

基于受控拉格朗日函数,对竖直面内两自由度Pendubot设计镇定控制器.由于该系统的驱动变量是原始动能的循环变量,当受控动能继续保持同一个循环变量时,匹配条件中的动能方程退化为一个常微分方程.由此得到的非线性光滑反馈控制律,可实现一类两自由度Pendubot局部渐近镇定.

基于智能优化算法的Pendubot轨迹规划与控制方法设计

以垂直Pendubot为研究对象,提出一种基于智能优化算法的轨迹规划与控制方法,以解决Pendubot控制过程中难以从摇起区过渡至平衡区的问题.为Pendubot的驱动连杆规划一条从初始角度到中间角度的正向轨迹和一条从中间角度到目标角度的反向轨迹.欠驱动连杆在系统耦合关系作用下进行运动,对应的Pendubot末端点也运动至相应位置.通过遗传算法优化轨迹参数,将正向和反向轨迹拼合为一条由初始角度到目标角度的驱动连杆轨迹的同时,对应的Pendubot末端点轨迹拼合为一条由垂直向下平衡位置到垂直向上平衡位置的完整轨迹,然后设计跟踪控制器跟踪优化后的驱动连杆轨迹至目标角度,由于耦合关系的存在,Pendubot末端点也运动至垂直向上平衡位置.由于Pendubot受重力作用,其末端点很难长时间稳定在垂直向上平衡位置,故设计镇定控制器,实现Pendubot末端点在垂直向上平衡位置的镇定控制.最后通过仿真实验验证所提出方法的有效性,并通过对比说明所提出方法在奇异点规避、控制器设计和控制效果方面的优势.

基于Matlab/Simulink的欠驱动机械臂仿真实验

根据动力学方程,利用Matlab/Simulink建立了欠驱动两杆机械臂Pendubot的仿真模型和控制器。控制器包括摆起控制器、平衡控制器和切换控制器。摆起控制器采用部分反馈线性化方法,平衡控制器采用线性二次型调节器(LQR)。首先进行Pendubot系统的摆起控制,然后当接近竖直向上的位置时,将控制器转换为平衡控制器。该仿真实验有利于培养学生的实际动手能力、独立思考能力和创新能力。

欠驱动机械臂滑模控制与实验研究

针对非线性、强耦合的欠驱动两杆机械臂Pendubot,提出了一种在倒立不稳定平衡点邻域内局部线性化的基于Hurwitz稳定判据的滑模控制方法。首先定义一个分别由主动臂和欠驱动臂的角位置、角速度跟踪误差的线性组合滑模面。通过Lyapunov稳定性分析保证了系统的所有状态能够到达滑模面并保持在滑模面上,根据滑模面条件,降低原系统的阶数,再令降阶系统满足Hurwitz稳定判据,从而原系统渐进稳定,其所有状态变量最终收敛于平衡点,同时得到滑模面参数。仿真和实验结果表明,所设计的控制方法易于实现,能够抵抗一定的外界干扰,对模型的参数摄动不敏感、鲁棒性强。

两杆欠驱动机器人的多层嵌套滑模控制方法

目前对于两杆欠驱动机器人的滑模控制方法大多不能保证子滑模趋近各自滑模面的可达性和鲁棒性,表现为系统的稳定过度依赖参数的选取,控制运行拥塞,参数调整难度大,实现困难。为此提出一种多层嵌套滑模控制方法,以改善子滑模趋向各自滑模面的可达性、鲁棒性和快速性。进行了系统滑模面的可达性和稳定性分析,并就Pendubot和Acrobot两类欠驱动机器人进行了位置镇定控制数值仿真。仿真结果表明该方法能够使系统的控制参数调整保持一定的连续性,降低控制拥塞和参数调整难度,并有效地提高子滑模趋向各自滑模面的快速性和鲁棒性。

未建模动态增量补偿驱动的非线性PID控制及应用

针对一类具有强非线性、机理不清且动态特性随不同运行条件而变化的复杂过程,将基于数据的建模技术与基于模型的控制策略相结合,提出了未建模动态及其未知增量补偿驱动的非线性PID控制方法.所提的算法将一步超前最优控制策略应用于PID控制器的参数设计,并结合非线性补偿技术进行综合设计,从理论上给出了PID控制器参数以及非线性补偿器设计的一般原则和方法,为解决传统PID控制器参数难于整定的问题提供了方法和途径.在此基础上,分析了闭环系统的稳定性和收敛性.最后,将所提的控制算法进行数值仿真实验以及Pendubot系统平衡控制的对比实验,实验结果表明,在Pendubot的精确摩擦力模型未知的情况下,所提算法能有效地消除系统未知时变不确定性的影响,并尽可能地减少Pendubot摆角的波动,将摆角控制在规定的目标值范围内.

欠驱动机器人系统稳定性与跟踪控制研究

欠驱动两自由度机器人Pendubot因其高度非线性和强耦合性,成为欠驱动机器人的研究热点,通常用于研究及验证非线性控制算法。根据Pendubot的机械结构及工作原理建立动力学模型,以该模型作为研究对象设计了PID鲁棒控制器,利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,利用MATLAB/simulink进行仿真,仿真结果表明基于PID控制器设计的Pendubot机器人系统,其驱动关节和欠驱动关节能够很好地跟踪理想位置曲线和理想速度曲线,具有良好的跟踪性能。