Achievement of chaotic synchronization trajectories of master-slave manipulators with feedback control strategy

This paper addresses a master-slave synchro- nization strategy for complex dynamic systems based on feedback control. This strategy is applied to 3-DOF pla- nar manipulators in order to obtain synchronization in such complicated as chaotic motions of end-effectors. A chaotic curve is selected from Duffing equation as the trajectory of master end-effector and a piecewise approximation method is proposed to accurately represent this chaotic trajectory of end-effectors. The dynamical equations of master-slave manipulators with synchronization controller are derived, and the Lyapunov stability theory is used to determine the stability of this controlled synchronization system. In numer- ical experiments, the synchronous motions of end-effectors as well as three joint angles and torques of master-slave manipulators are studied under the control of the proposed synchronization strategy. It is found that the positive gain matrix affects the implementation of synchronization con- trol strategy. This synchronization control strategy proves the synchronization＇s feasibility and controllability for com- plicated motions generated by master-slave manipulators.

Research on A Master - slave Multi - microcomputers Control System for Hollow Spindle Fancy Yarn Spinning Machine

In this paper, a successfully studied and developed master - slave muld - microcomputers control system based on PC - BUS for hollow spindle fancy yarn spinning machine, mainly Its overall scheme, software and hardware construction, is introduced. Spinning experiments show that the system achieves satisfactory result. This system can solve the diftkultles of mechatronical fusion between domestic hollow splndk fancy yarn spuming muchine and its microcomputer control technology.

Hierarchical hybrid control network design based on LON and master-slave RS-422/485 protocol

Aiming at the weaknesses of LON bus, combining the coexistence of fieldbus and DCS (Distribu ted Control Systems) in control networks, the authors introduce a hierarchical hybrid control network design based on LON and master slave RS 422/485 protocol. This design adopts LON as the trunk, master slave RS 422/485 control networks are connected to LON as special subnets by dedicated gateways. It is an implementation method for isomerous control network integration. Data management is ranked according to real time requirements for different network data. The core components, such as control network nodes, router and gateway, are detailed in the paper. The design utilizes both communication advantage of LonWorks technology and the more powerful control ability of universal MCUs or PLCs, thus it greatly increases system response speed and performance cost ratio.

Research on Master-slave Telerobot Force Telepresence Technology

A 3 DOF master-slave telerobot system is established for study on force telepresence technology. A force feedback and position control scheme is adopted in the bilateral force response control system,and force fidelity and controllability experiments demonstrate feasibility of the con-trol system.

主从遥操作机械手工作空间覆盖控制策略研究

针对遥操作机器人主控制器工作空间过小和主从手工作空间不匹配的问题,提出一种区域覆盖思路。将主控制器工作空间与从机械手工作空间一一对应的映射关系转换成主手工作空间多次区域映射的关系,通过多次建立主从手的连接,达到区域覆盖的目的。同时为了更好地控制从机械手末端的姿态,设计一种相对运动姿态控制方法,将传递给机械手的绝对姿态坐标替换成姿态运动信息,以达到相对姿态控制目的。最后,进行仿真分析和试验验证。结果表明:该方法能够实现工作空间完美覆盖,主手能够有效地控制从手运动。

基于切换系统的独立微电网稳定控制设计

独立微电网是一个复杂的非线性系统,为解决典型光储柴独立微电网在能源约束下存在控制单元切换的问题,提出将非线性切换系统理论应用到主从控制下的主控单元切换问题上。首先,当主从控制下的储能系统和柴油发电机分别作为主控单元时,将它们视为两个子系统,建立非线性切换系统模型。然后,应用多Lyapunov函数法分析切换系统的稳定性,同时利用backstepping方法分别设计子系统的非线性控制器,保留系统的非线性特征。最后,采用美国国家能源实验室开发的仿真软件中的硬充电策略作为切换策略,保证切换过程中系统的稳定性。通过MATLAB仿真证明了所设计方法的有效性。

连续振动载荷在线复现控制技术研究

提出一种主从分布式振动试验方法,建立了连续振动载荷在线复现控制技术,研制了系统样机。其中,提出一种信号分帧处理与重构技术,解决了长时连续振动载荷的在线波形复现难题;提出一种基于多量级样本库构建与加权平均的传递函数动态估计方法,抑制了系统非线性对控制精度的影响;采用谱误差反馈修正方法,改善了系统的频域控制精度。开展了“1主2从”联台试验,结果表明:时域和频域控制精度良好,整体延迟时间在亚秒量级,全程总均方根值误差在1%以内,为主从分布式振动试验提供了关键技术支撑。

变构型微创手术机器人系统设计与实现

高性能微创手术机器人有利于实施复杂危难手术,推动微创外科实现高质量发展.在深入分析现有手术机器人特点和临床需求的基础上,提出了一种变构型微创手术机器人系统.基于刚柔混合结构设计了构型可变的手术操作臂,通过构型变换可实现工作空间的变换,从而提高操作臂的灵活性.手术操作臂采用丝传动结构,针对变曲率丝鞘传动下的张力和弹性伸长量等问题进行了分析,确定了开合关节的丝鞘传动特性.基于刚体和柔性关节运动学,分析了手术操作臂在不同构型下的工作空间,通过调整伸缩关节移动量,实现操作臂工作空间可变功能.此外,设计了与操作臂适配的主手操作臂,该主手配置有两个主从调节关节,以保证主手与从手腕点姿态的一致性.随后,解析了主手与从手关节量之间的映射关系,并建立了基于位姿分离的主从运动映射算法,从而确保了操作舒适性与精准性.最后,研制了物理样机,进行了大工作空间下的刚性测试实验、运动性能、主从运动性能与缝合操作性能评价实验,全面验证了所提出的手术机器人系统的可行性.

微电网运行模式平滑切换控制策略研究

基于主从式控制模式的微网在发生非计划孤岛时,传统的PQ-V/F控制策略会导致微网难以维持系统的稳定运行。在分析微网运行模式切换时系统内电气量产生冲击原因的基础上,提出一种改进的储能变流器控制策略,通过在电压环中新增一个电压保持环路,配合外加电流环调节器,保证孤岛检测期间系统内的功率平衡,较好地解决了微网运行模式切换时系统内电压电流的冲击问题,实现运行模式的平稳过渡。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对比分析了采用传统控制策略和改进控制策略的控制效果,验证了改进控制策略的可行性和有效性。

输电线路清障飞行机器人双行走轮同步控制

传统架空输电线路异物清除作业无人机易受环境影响,作业困难且存在较多扰动等问题。基于此本文设计一种高空作业无人机挂线行走控制机构解决该问题。首先,根据输电线路环境与无人机作业模式,设计挂线行走机构,减弱高空作业时对无人机所受飞行作业扰动的影响;其次,针对清障机器人双行走轮转速同步存在误差问题,提出一种基于反向传播–比例积分微分(back propagation-proportional-integral-differential,BP-PID)主从融合偏差耦合的电机同步控制策略。通过仿真与实物实验验证表明,本文提出的挂线作业无人机双行走轮同步控制算法可有效解决电机因负载导致的转速不稳定以及高空作业无人机受环境扰动的问题。

基于双向安德森加速分解协调算法的输配协同无功优化

新型电力系统中新能源渗透率不断增加,输电网和配电网协同运行环境复杂多变,对输配协同优化算法的收敛性提出了更高的挑战。鉴于此,应用广义主从分裂法将输配协同无功优化问题分解为输电网和多个配电网的并行优化问题;为改善广义主从分裂法的计算效率,提出了基于功率、电压等多元信息交互及历史信息修正的双向安德森加速策略;在此基础上,提出了融合原对偶内点法、启发式算法和辅助函数的输配协同无功优化方法,实现了输电网和配电网多种类灵活性资源的协调配合和优化控制。算例仿真结果表明,所提方法能有效改善主从分裂法边界的收敛性能,在大规模分布式能源接入的输配协同无功优化场景中具有更好的应用价值。

订单管理与生产控制一体化管控系统设计

工厂车间传统生产模式用户订单人工下发,存在响应速度慢、生产信息传递及汇总不及时等问题,且客户无法查询生产进度。针对上述状况,基于Protobuf通信协议和PLC设计了一套订单管理与生产一体化管控系统,极大改善了传统生产模式。该系统主要由远程服务器、本地上位机、本地主从PLC等构成。客户可远程登录到远程服务器端进行订单的填写,经工作人员核实确认后,订单信息自动入库并进行排产。本地上位机通过IP地址与远程服务器建立连接,并将获取到的订单下发到本地PLC进行生产,同时本地上位机也会将车间传来的生产信息和设备实时的运行状况反馈到服务器端,以便客户能实时了解生产进度和生产情况。该系统运行稳定可靠,简化了订单的接收和下发流程,订单管理与生产控制一体化管控,提高了订单的完成效率,实现了面向客户的订单生产透明化,同时也便于生产数据的查询与追溯。

主从遥操作位置-速度混合映射研究

主从异构型遥操作机器人系统在主从结构、自由度等方面的差异,导致其主端小范围操作空间难以覆盖从端大范围工作空间,以及从端难以精确定位。针对此问题,首先搭建了一套主从异构型遥操作机器人系统的软硬件平台,然后对主从端机器人进行运动学建模,进而提出了一种主端位置-从端速度和主端位置-从端位置混合切换的映射算法。一方面,所提算法通过主端位置-从端速度映射模式解决主从工作空间不匹配的问题,从而提高大范围空间下从端抵近目标的效率;另一方面,所提算法通过主端位置-从端位置映射模式实现从端精细定位,同时克服主端位置-从端速度映射中从端无法快速换向运动的缺陷。实验结果表明,所提混合映射算法能够实现主端遥操作从端机器人高效地完成复杂、精细的操作任务。

面向管道检测的连续体机器人主从控制研究

针对遥操作技术在连续体机器人应用中存在可移动性差、环境适应能力低与价格高昂等问题,提出一种连续体机器人主从控制方案。在常曲率圆弧假设下基于几何分析法建立连续体机器人的运动学模型,并在MATLAB软件中采用蒙特卡罗法对其工作空间进行仿真分析;建立主手关节空间与从手关节空间之间的映射模型,并提出一种基于主从映射模型的连续体机器人控制方法;最后搭建连续体机器人样机平台,分别通过运动控制实验、主从跟随实验和模拟管道通过实验对建立的运动学模型和主从控制方法进行验证。实验结果表明:连续体机器人具有较好的轨迹控制性能,验证了主从控制方法的有效性和准确性,满足了连续体机器人在管道内检测过弯的控制需求。

薄煤层综采工作面智能化关键技术与应用

针对薄煤层工作面开采长期面临的装备配套性能低、智能化程度低、经济效益低、劳动强度高的“三低一高”问题,构建了工作面生产时地面工艺调度决策,井下设备依据决策自动执行的“地面规划采煤、装备自动执行、面内无人作业”的智能无人开采新模式。建立了以地面控制中心为核心,以井上下万兆网络通讯平台、采煤机规划截割、液压支架主从调度、机载音视频装置、巡检机器人、电缆拖拽、三岗合一为辅的成套化薄煤层智能化开采关键技术。通过工业实践表明,该模式可实现生产时将工作面内作业人员由原来3人减为无人,达到无人则安;生产效率由原来的每天12刀提升到14刀,最高达到16刀,平均提升17%以上。

基于直流载波通信的漫游电治疗仪主从式控制系统设计

目的 设计一种基于直流载波通信的主从式控制系统,以满足及解决漫游电治疗仪因采用机头与台车分离式设计带来的通信接口电气隔离要求与控制难题。方法 微控制器根据电力载波通信原理对直流电源加载低频载波后,通过主控制器的精密采样电路对其进行捕获,完成机头控制端对台车控制端工作状态的识别。结果 采用无专用通信线缆的对接口,避免了电气隔离的复杂处理,仅依靠电源的直流载波通信方法实现了漫游电治疗仪机头控制端对台车控制端工作状态的实时检测。结论 本文设计出的基于直流载波通信的主从式控制系统,为采用机头与台车分离式设计带来的控制难题提供了新的技术解决方案。

新能源车双电机线控系统的同步转向角控制

针对商用新能源车中单电机驱动线控转向系统弱扭矩和高故障率的问题,提出一种新能源车双电机线控系统的同步转向角控制策略。基于主从控制模式,引入一个带有扰动观测器的滑模控制器,使系统在具有模型不确定性和外部干扰的工况下仍然具有强鲁棒性,同时系统的动态响应和同步性能也得到相应的提升。最后借助实物平台完成验证。实验结果表明:应用主从控制时,正弦和梯形位置轨迹的平均同步误差值分别减少了83.7%和70.4%,而最大同步误差值分别减少了92.5%和74.3%,线控转向系统获得了良好的同步转向角控制性能。

混合网络攻击下马尔可夫跳变神经网络的安全容错同步控制

针对一类混合网络攻击下马尔可夫跳变神经网络安全容错同步控制问题,提出1种确保神经网络主从系统安全容错同步控制器的设计方法。利用2个独立的伯努利分布对随机发生的欺骗攻击和拒绝服务(DoS)攻击进行建模,将马尔可夫跳变神经网络和混合网络攻击置于同一框架中,考虑到执行器可能发生的失效故障情况,设计1种容错控制器;引入1种自由矩阵方法,构建李雅普诺夫(Lyapunov)函数,采用线性矩阵不等式分析方法和特殊的积分不等式放缩技术,推导出能够保证同步误H∞差系统随机均方稳定且满足规定的性能指标的充分条件;进一步使用1种有效的解耦方法对矩阵的耦合项进行分离解耦,运用Matlab中的LMI工具箱得到控制器参数,最后通过数值算例说明所提方法的可行性和有效性。结果表明:当执行器故障失效60%~80%时,以及遭受欺骗攻击概率为80%和DoS攻击概率为50%的混合网络攻击时,所提方法仍然能实现神经网络主从系统的安全性和同步性。

井下管路瓦斯抽采浓度检测系统设计

设计了一种基于掘进工作面的管路瓦斯抽采浓度检测系统。检测系统由地面主控制器+井下从控制器、地面主显示系统+井下从显示系统组成,控制器间、控制器与显示系统间以CAN总线通信完成数据交互;检测系统以电磁闸阀为执行机构,采用软件算法能够自动寻找最佳瓦斯抽采浓度并实现对瓦斯浓度的自动调控;检测系统经组态技术实现对运行状态的实时监控。最后在官地矿15151掘进工作面完成试验与分析。分析结果表明,该检测系统能够实时、精确地检测瓦斯抽采管路浓度,验证了系统的准确性和实用性。

基于Fourier拟合的光伏跟踪系统设计

[目的]为提高光伏支架的发电效率,以基于Fourier拟合算法的视日运动轨迹光伏跟踪器为研究设计对象。[方法]借助MATLAB分析了传统视日运动轨迹算法的跟踪精度情况,更进一步地在此基础上提出了精度更优的8阶傅里叶拟合视日运动轨迹跟踪算法,并结合GNSS定位技术,得出太阳实时运行轨迹。系统设计以STM32单片机作为微处理器,采用6轴加速度传感器,通过重力矢量在其轴上的投影确定光伏跟踪支架的实时倾斜度,以此二者建立跟踪支架三维运行模型,通过分析太阳光线在支架上的余弦效应即可得到电机需要运行的动作角。同时为解决晨昏时刻光伏组件间的阴影遮挡问题,系统增加逆跟踪算法。并考虑到大规模机组的应用,提出主从电机同步控制策略。[结果]傅-2里叶拟合算法拥有更高的跟踪精度,精度可达到10数量级,高于传统算法一个数量级。同时采用逆跟踪技术可节约24.3%光伏阵列用地面积,大幅提高了土地利用率。[结论]本研究采用更为精准的视日运动轨迹跟踪模型,较好地解决了太阳辐射利用的余弦效应,提升了电站的发电效率,实现了安全高效绿色能源体系的建设,促进了我国“双碳”目标的推进与达成。