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冗余度空间机械臂的动力学与优化控制

上海交通大学学报 1997年第1期31卷 27-31页

作者：陈力刘延柱戈新生上海交通大学工程力学系北京机械工业学院

利用多体系统动力学方法导出冗余度空间机械臂的动力学方程．利用动力学优化控制规律，以最小关节速度为优化目标，讨论了冗余度空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的控制问题．通过仿真计算，表明控制规律的有效性．

关键词：空间机械臂冗余度动力学控制机械臂优化控制

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非完整力学系统中的动能定理及其应用

北京理工大学学报 1996年第S1期16卷 98-101页

作者：戈新生陈立群北京机械工业学院鞍山钢铁学院

将动能定理推广到非完整力学系统，讨论了动能定理成立条件的力学意义，举例说明了推广的动能定理在建立非完整力学系统运动微分方程中的应用．

关键词：非完整力学动能定理运动微分方程

基于Lie群的刚体动力学建模及数值计算方法研究

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应用数学和力学 2015年第8期36卷 833-843页

作者：白龙董志峰戈新生中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 北京信息科技大学机电工程学院北京100192

基于Lie群和Lie代数之间的指数映射等价关系,推导了基于Lie群的自由刚体连续动力学方程.结合离散变分原理,推导了其Lie群离散变分积分子.通过证明可知连续和离散动力学系统都具有动量守恒性.对连续动力学方程进行同维化处理,使其变为常... 详细信息

基于Lie群和Lie代数之间的指数映射等价关系,推导了基于Lie群的自由刚体连续动力学方程.结合离散变分原理,推导了其Lie群离散变分积分子.通过证明可知连续和离散动力学系统都具有动量守恒性.对连续动力学方程进行同维化处理,使其变为常规非线性方程组的形式,利用Runge-Kutta法进行求解;基于Runge-Kutta基本理论,推导了直接用于Lie群的Runge-Kutta法,从而使Runge-Kutta法可用于求解变维非线性方程组;通过Lie代数变换,利用Kelly变换和Newton迭代对Lie群离散变分积分子进行求解.仿真对比结果表明,3种算法下的计算结果高度吻合,且能高精度地保持系统的结构守恒和动量守恒性.

关键词： Lie群 Lie代数 Runge-Kutta法离散变分积分子自由刚体

Optimal control of nonholonomic motion planning for a free-falling cat

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2007年第5期28卷 601-607页

作者：戈新生陈立群 Mechanical Engineering Department Beijing Institute of Machinery Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics Shanghai University

The nonholonomic motion planning of a free-falling cat is investigated. Nonholonomicity arises in a free-falling cat subject to nonintegrable angle velocity constraints or nonintegrable conservation laws. When the total angular momentum is zero, the motion equation of a free-falling cat is established based on the model of two symmetric rigid bodies and conservation of angular momentum. The control of system can be converted to the problem of nonholonomic motion planning for a free-falling cat. Based on Ritz approximation theory, the Gauss-Newton method for motion planning by a falling cat is proposed. The effectiveness of the numerical algorithm is demonstrated through simulation on model of a free-falling cat.

关键词： free-falling cat nonholonomic constraint motion planning optimal control

空间刚柔性机械臂振动抑制的LQ最优控制方法

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振动与冲击 1999年第1期18卷 49-52,56页

作者：戈新生姜兵利刘延柱北京机械工业学院 100085 上海交通大学 200030

以双连杆空间刚柔性机械臂为对象，建立了非线性动力学方程。运用线性二次型（ＬＱ）最优控制方法讨论机械臂消除残余振动的控制问题，给出相应的最优控制规律，通过算例仿真计算，表明控制规律的有效性。

关键词：刚柔性机械臂振动抑制 LQ最优控制

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高超声速飞行器的终端滑模姿态控制

导弹与航天运载技术 2017年第6期 60-64页

作者：管萍蒋恒戈新生北京信息科技大学北京100192

针对具有高度非线性、强耦合、含较大不确定性特点的高超声速飞行器,设计了终端滑模控制器,并应用于高超声速飞行器的姿态控制中。对飞行器姿态控制系统的慢回路设计PID控制律,快回路设计终端滑模控制律。终端滑模控制对系统参数的变化... 详细信息

针对具有高度非线性、强耦合、含较大不确定性特点的高超声速飞行器,设计了终端滑模控制器,并应用于高超声速飞行器的姿态控制中。对飞行器姿态控制系统的慢回路设计PID控制律,快回路设计终端滑模控制律。终端滑模控制对系统参数的变化不灵敏,具有良好的鲁棒性。并利用李雅普诺夫稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真结果表明,在气动参数大范围摄动的情况下,该控制系统对于高超声速飞行器姿态角信号指令具有良好的跟踪性能。

关键词：高超声速飞行器气动参数不确定性终端滑模控制姿态控制

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高超声速飞行器的模糊分数阶PID控制

航天控制 2020年第6期38卷 31-37页

作者：张迎雪管萍戈新生北京信息科技大学自动化学院北京100192

将模糊控制与分数阶PID控制相结合,构成模糊分数阶PID控制器,应用于飞行器的姿态控制系统。将整个控制系统分为快速、慢速闭环回路,详细分析了引入分数阶参数对系统性能产生的影响。基于此针对双闭环回路分别设计了分数阶PID控制器,分... 详细信息

将模糊控制与分数阶PID控制相结合,构成模糊分数阶PID控制器,应用于飞行器的姿态控制系统。将整个控制系统分为快速、慢速闭环回路,详细分析了引入分数阶参数对系统性能产生的影响。基于此针对双闭环回路分别设计了分数阶PID控制器,分数阶运算具有信息记忆特性等优势,从而可提高系统的控制精度及稳定性;针对高超声速飞行器因气动参数变化导致的不确定问题,引入模糊控制在线调节分数阶PID控制器参数,以提高系统的鲁棒性。仿真结果显示,所提出的控制系统具备较好的动静态性能,对气动参数摄动呈现出较强的鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器姿态控制模糊控制分数阶气动参数

动态规划求解空间双臂机器人非完整运动最优控制问题

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力学季刊 2016年第2期37卷 225-233页

作者：赵金刚戈新生北京信息科技大学自动化学院北京100192 北京信息科技大学理学院北京100192

通过自适应动态规划研究自由漂浮空间双臂机器人运动的最优控制问题.针对空间双臂机器人的非完整性运动,采用自适应动态规划(Adaptive Dynamic Programming,ADP)方法求解其最优控制问题.根据多体动力学理论,推导了载体位置、姿态均无控... 详细信息

通过自适应动态规划研究自由漂浮空间双臂机器人运动的最优控制问题.针对空间双臂机器人的非完整性运动,采用自适应动态规划(Adaptive Dynamic Programming,ADP)方法求解其最优控制问题.根据多体动力学理论,推导了载体位置、姿态均无控制条件下,双臂空间机器人满足的系统动量守恒关系的非完整约束方程,并将其转化为控制系统的状态方程,从而将双臂空间机器人的非完整运动规划问题转化为对非线性系统的控制问题.文中根据自适应动态规划网络结构,利用神经网络来近似性能指标函数,进而用龙格库塔法求解状态变量.并给出了适合该类问题的一种效用函数具体表达式,保证了空间双臂机器人到达期望位置后不再继续运动.实现了对空间双臂机器人非完整运动规划的最优控制.数值仿真实验验证了ADP对求解空间双臂机器人非完整运动规划最优控制问题的有效性.

关键词：空间机械臂非完整运动规划最优控制自适应动态规划神经网络

基于RBF神经网络的挠性航天器分数阶滑模姿态控制

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飞行力学 2021年第6期39卷 68-74页

作者：管萍罗宗樾戈新生北京信息科技大学自动化学院北京100192

针对挠性航天器大角度姿态机动问题,将神经网络、分数阶微积分与滑模控制相结合,构造基于神经网络的分数阶滑模控制并应用于挠性航天器的姿态控制中。首先,设计了分数阶滑模控制器,在滑模面的设计中采用分数阶微积分算子,利用分数阶微... 详细信息

针对挠性航天器大角度姿态机动问题,将神经网络、分数阶微积分与滑模控制相结合,构造基于神经网络的分数阶滑模控制并应用于挠性航天器的姿态控制中。首先,设计了分数阶滑模控制器,在滑模面的设计中采用分数阶微积分算子,利用分数阶微积分算子的记忆性和遗传特性,使挠性航天器的姿态角能够快速达到稳定;然后,将外界干扰项和挠性附件振动构成复合扰动,设计径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络逼近复合扰动,有效抑制了外界扰动和挠性振动对姿态产生的影响;最后,通过仿真证明了所设计控制系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的基于RBF神经网络的分数阶滑模控制器能够使挠性附件振动迅速衰减,从而可使挠性航天器的姿态角快速达到期望值。

关键词：挠性航天器振动抑制姿态控制分数阶滑模 RBF神经网络