机械臂神经网络非奇异快速终端滑模控制

针对多自由度机械臂轨迹跟踪控制系统存在收敛速度慢、跟踪精度低的问题,提出了一种基于径向基神经网络(RBFNN)的非奇异快速终端滑模(NFTSM)自适应轨迹跟踪控制方法。首先,该方法采用非奇异快速终端滑模超曲面,切换控制项引入连续终端吸引子,使得系统能在有限的时间内收敛到平衡点。其次,采用RBFNN逼近系统未知非线性动力学,并结合逼近误差的自适应补偿机制,实现无模型控制。利用Lyapunov理论证明闭环系统的全局渐进稳定性和有限时间收敛性。最后,将该控制方法应用于Denso串联机械臂进行实验验证,并分析系统传输延时对实验结果的影响,提出解决方法。仿真和实验结果表明,该控制方法能有效地提高系统收敛速度和跟踪精度,增强对外部扰动的鲁棒性,削弱系统抖振。     

面向水质采样的绳驱动空中机械臂抗干扰控制

绳驱动空中机械臂是一种由旋翼飞行器和多自由度机械臂构成的新型机器人系统。为了增强机械臂在排污管口水质采样时的关节空间控制性能,提出了一种结合快速连续非奇异终端滑模控制与线性扩张状态观测器的抗干扰控制策略。阐述了绳驱动空中机械臂的结构设计,建立计及关节柔性的动力学模型。利用线性扩张状态观测器来估计与补偿系统集总干扰,采用快速连续非奇异终端滑模面来保证系统状态量的有限时间收敛和抑制控制力矩的抖振。通过李雅普诺夫稳定性定理分析了所设计控制器的稳定性。最后,通过可视化仿真和地面汲水试验验证了所提控制器的有效性,结果表明,所提控制器的收敛速度、鲁棒性、准确性和抗干扰能力优于其他两种控制器,能有效抑制系统抖振,满足水质采样的作业需求。     

基于改进樽海鞘群算法的四旋翼飞行器姿态优化控制

针对集总干扰下四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出了一种基于线性扩张状态观测器的快速连续非奇异终端滑模控制策略。该方法通过线性扩张状态观测器来估计和补偿集总干扰的影响,提高控制器的稳定性;借助非奇异终端滑模面有限时间收敛的特性设计控制律,加快控制器的收敛速度;控制器的稳定性分析由Lyapunov函数得以证明。引入樽海鞘群算法来优化控制器中的参数,提升控制性能。进一步地,引入一维正态云模型与自适应算子来克服参数整定算法的固有缺陷,增强其优化能力。通过仿真与试验验证了本文方法的有效性与实用性,结果表明:在阵风干扰下,本文方法比线性自抗扰控制策略具有更高的跟踪精度、更强的抗干扰能力与更快的响应速度。     

除草机器人自适应快速积分终端滑模跟踪控制技术

智能除草机器人在草坪作业时,易受到外界扰动以及系统不确定性的影响,从而导致轨迹跟踪收敛时间长以及跟踪效果差等问题。因此,设计一种面向轨迹跟踪的自适应快速积分终端滑模控制算法。首先,考虑驱动轮动力学特性以及未建模误差、外界干扰、动静摩擦等不确定性因素,建立除草机器人的动力学模型。然后基于所建立的动力学模型,设计自适应快速积分终端滑模控制器。所提出的控制器结合了快速终端滑模、积分滑模和自适应估计技术的优点,能够实现期望的跟踪性能并抑制控制信号抖动。同时,在不需要明确系统不确定性和外界干扰上界的情况下,可以通过所设计自适应估计项进行实时补偿,提高系统的鲁棒性。最后,通过仿真和试验验证了该方法的有效性。试验结果表明,所设计的控制器能够使跟踪误差在有限时间内快速收敛,并且横向误差绝对值不超过0.097 9 m,纵向误差绝对值不超过0.102 6 m,航向角误差绝对值不超过0.057 8 rad,保证除草机器人准确跟踪作业路径,同时具有较强的鲁棒性。     

压电微定位系统自适应鲁棒有限时间跟踪控制

针对压电微定位系统中存在外界扰动、迟滞等时变不确定、非线性因素影响其定位精度的问题,提出了一种基于函数逼近的自适应鲁棒有限时间控制策略。通过引入具有连续、非奇异,且有限时间收敛特性的终端滑模面,设计了满足压电微定位系统的轨迹跟踪控制律。为了克服该控制器依赖于系统不确定量的边界信息,采用傅里叶级数进行动态逼近,并针对其逼近误差,利用模糊逻辑系统实现在线补偿。最后,应用Lyapunov函数获得傅里叶系数及模糊调节参数的自适应律,并证明了该控制器的有限时间稳定性。仿真分析与实验结果验证了控制策略的鲁棒性与有效性。     

应用于茶叶罐分拣的码垛机器人最优关节空间控制

针对茶叶罐分拣生产线的高效率运动控制,提出一种码垛机器人最优关节控制方法。首先,设计茶叶罐分拣码垛机器人生产线的三维模型,根据拉格朗日方程推导出机器人动力学模型,明确模型的输入输出关系。进而,利用萤火虫算法的寻优优势对码垛机器人进行运动学反解,并引入NUBRS曲线平滑处理经五阶多项式插补的轨迹。最后,设计快速连续非奇异终端滑模控制器来实现关节空间内的高精度轨迹跟踪控制。研究结果表明:与滑模控制和反步法控制相比,本文控制器具有更高的控制性能;萤火虫算法能在0.37 s内求解机器人反向运动学,结合五阶多项式插补法与NUBRS曲线能获得光滑柔顺的参考关节轨迹;本文控制器能有效抑制集总干扰力矩影响,保证机器人关节空间内轨迹跟踪精度。     

植保无人机药箱建模与姿态控制器设计

为了提高八旋翼植保无人机的可控制性,对无人机喷洒过程中药箱进行了分析和建模,推导出长方体药箱质量和转动惯量随时间变化的公式,进一步得到了植保无人机精确的时变性动力学模型.为了验证模型的正确性和先进控制律的控制效果,设计自适应反步终端滑模姿态控制器,第一步采用典型反演控制;第二步应用终端滑模控制,使最后状态在有限时间内收敛到理想值;第三步设计了自适应控制律以消除未知干扰的影响,设计的控制器均满足Lyapunov稳定性理论.对控制器进行了仿真和试验验证,控制效果与模糊PID姿态控制器进行对比分析,结果表明:建立的时变性动力学模型可以使自适应反步终端滑模控制器良好地应用到无人机上,姿态角控制效果得到明显改善,试验中姿态角误差分别降低了25.57%,24.21%和19.41%,同时控制器对外界未知干扰不敏感,且具有较强的鲁棒性.     

P-ECHPS自适应非奇异快速终端滑模控制器设计

以永磁转差离合器式电控液压助力转向系统(P-ECHPS)为研究对象,建立了其关键部件永磁转差离合器(PMSC)调速模型及P-ECHPS各子系统模型。针对P-ECHPS系统在转向过程中存在多种不确定性因素且要求响应速度快的特点,采用非奇异快速终端滑模与自适应控制相结合的方法,对PMSC进行调速控制,进而实现对P-ECHPS系统助力的控制。仿真分析结果表明,该方法能确保PMSC输出转速快速地跟踪理想转速,收敛速度比滑模控制和非奇异终端滑模控制分别提高了近82.9%和66.7%,具有很强的鲁棒性,较好地实现了可变助力特性。     

改进A*算法的采摘机器人路径规划与跟踪控制

为提高采摘机器人的工作效率和控制精准度,提出一种基于改进A*算法的路径规划与跟踪控制方法.首先建立移动采摘机器人的动力学模型,然后通过引入人工势场法改进了A*算法的效率,实现了对采摘机器人运动路径的快速规划,最后利用状态观测器估计出系统状态,并设计终端滑模控制律来准确跟踪路径指令,大大提高了控制精度.仿真结果表明:设计...     

基于PSO的直线电机滑模控制参数优化策略

非线性滑模控制的直线电机伺服系统,由于滑模控制算法涉及的参数较多,会给参数调优带来困难,从而影响控制效果.结合理论分析与仿真方法,以实验采集的样本为基础,通过反向传播神经网络对直线电机伺服系统进行建模;采用非奇异快速终端滑模控制作为控制算法,搭建直线电机运动控制仿真实验平台;利用粒子群算法,在给定范围内优化滑模控制参数...