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浅埋超大断面组合矩形顶管左右密贴顶进施工姿态控制技术研究

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现代隧道技术 2025年第1期62卷 259-266页

作者：金郑星郭平周文朋胡桥苏栋赵佳鑫孙波中国水利水电第十一工程局有限公司郑州450001 中电建南方建设投资有限公司深圳518055 深圳大学土木与交通工程学院深圳518060 中铁路安工程咨询有限公司天津300171 深圳市地铁集团有限公司深圳518026

为更好地解决矩形顶管左右密贴施工时姿态控制及纠偏难题,以深圳地铁12号线沙三站矩形顶管施工为工程背景,研制新型防滚转装置,设计上下多螺旋输送机控制土压,设置可拆卸式洞门钢环作为左右两次密贴顶进施工的洞门结构,结合铰接油缸纠... 详细信息

为更好地解决矩形顶管左右密贴施工时姿态控制及纠偏难题,以深圳地铁12号线沙三站矩形顶管施工为工程背景,研制新型防滚转装置,设计上下多螺旋输送机控制土压,设置可拆卸式洞门钢环作为左右两次密贴顶进施工的洞门结构,结合铰接油缸纠偏、刀盘控制纠偏、打土纠偏等姿态控制技术完成超大断面组合矩形顶管密贴顶进。现场实测数据表明:顶管顶推完成后,左右线管节的水平、垂直偏差在设计控制值以内,满足规范要求,顶管轴线的控制精度较好;分析二次顶进密贴施工对顶管姿态的影响,发现右线顶管姿态与左线顶管姿态拟合良好,左右线顶管密贴间距控制合理,未出现挤碰现象,顶管间距虽比设定值大15%,但仍符合整体顶推施工要求。

关键词：超大断面矩形顶管密贴施工姿态分析姿态控制纠偏技术

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串联式轮腿机器人姿态控制方法

兵工学报 2025年第2期46卷 76-90页

作者：谢景硕韩立金刘辉任晓磊侯泓钰商庆一北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学济南前沿技术研究院山东济南250300

针对串联式四轮腿机器人精确控制姿态的问题,提出一种以无偏差模型预测控制为核心的运动控制框架。所涉及的模型为考虑机身、腿部和车轮的质量分布而建立的合成质心动力学模型,并且基于自抗扰控制思想,将模型的未建模特性视为扰动,建立... 详细信息

针对串联式四轮腿机器人精确控制姿态的问题,提出一种以无偏差模型预测控制为核心的运动控制框架。所涉及的模型为考虑机身、腿部和车轮的质量分布而建立的合成质心动力学模型,并且基于自抗扰控制思想,将模型的未建模特性视为扰动,建立扩张状态观测器对其进行估计和补偿;为解决姿态调节过程中车轮易滚动导致腿部外展的问题引入关节闭环控制,同时设计额外的车轮控制策略以辅助约束腿部状态。在串联式轮腿机器人上进行了硬件试验,研究结果表明,新的运动控制框架能够准确跟踪期望姿态信号,有效抑制地形扰动和外力扰动,确保机器人的行驶平稳性和抗干扰能力。

关键词：串联式轮腿机器人姿态控制扩张状态观测器无偏差模型预测控制

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头尾交替对日连续偏航姿态控制策略

航空学报 2025年第1期46卷 301-311页

作者：王曦陈长青徐小平黄震北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京控制工程研究所北京100094

航天器在传统连续偏航模式下,绕偏航轴在一定角度范围内来回摆动,使航天器头部或尾部始终受到阳光直射,导致舱外设备的热设计需要花费额外的重量功耗代价。提出了头尾交替对日连续偏航的姿态控制策略,为航天器提供了受晒均匀的热环境,... 详细信息

航天器在传统连续偏航模式下,绕偏航轴在一定角度范围内来回摆动,使航天器头部或尾部始终受到阳光直射,导致舱外设备的热设计需要花费额外的重量功耗代价。提出了头尾交替对日连续偏航的姿态控制策略,为航天器提供了受晒均匀的热环境,不仅简化了舱外设备的热设计,还有利于提高对温度范围波动敏感的设备在轨工作的可靠性。从发电量与推进剂消耗量两方面,比较了3种头尾交替对日连续偏航的姿态控制策略,将综合指标最优的余角偏航控制策略成功应用在了天舟一号货运飞船上。

关键词：连续偏航姿态控制头尾交替对日货运飞船天舟一号

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四轴飞行器的自抗扰姿态控制研究

机械设计与制造 2025年第1期407卷 331-334,339页

作者：赵志伟尤小庆王蕾葛超华北理工大学电气工程学院河北唐山063210 唐山学院计算机科学与技术系河北唐山063010 唐山学院智能与信息工程学院河北唐山063010

针对欠驱动四轴飞行器控制系统在轨迹跟踪过程中存在参数不确定和易受外部干扰等问题,这里采用一种PID控制、非线性自抗扰控制(NLADRC)和PD控制技术相结合的控制方式对其位置和姿态进行控制,以偏航通道为例实现了扩张状态观测器(ESO)对... 详细信息

针对欠驱动四轴飞行器控制系统在轨迹跟踪过程中存在参数不确定和易受外部干扰等问题,这里采用一种PID控制、非线性自抗扰控制(NLADRC)和PD控制技术相结合的控制方式对其位置和姿态进行控制,以偏航通道为例实现了扩张状态观测器(ESO)对内扰和外扰的估计及补偿。首先,根据四轴飞行器模型特点,实现了适用于4通道的参数整定方案,大大简化了参数整定难度;然后,设计了内外双环路控制器,其外环由PID控制,内环由ADRC和PD控制;最后,通过与串级PID控制在轨迹跟踪及抗扰性、鲁棒性方面进行仿真对比分析,结果表明该控制方法能够满足四轴飞行器在稳定度高和姿态调节快速性等方面的要求,自抗扰控制器能够对扰动进行很好地估计和补偿。

关键词：四轴飞行器自抗扰参数整定估计补偿姿态控制

基于Trot步态的四足机器人行走姿态控制策略

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重庆工商大学学报(自然科学版) 2025年第02期 56-62页

作者：李龙坤方鸿磊上海理工大学机械工程学院

目的文章针对Trot步态下的四足机器人构型与运动学、步态与足端轨迹规划、姿态控制等问题展开研究。方法首先，根据足式机器人腿部构型特点，选定具有前肘后膝式的四足机器人，其腿部结构为关节式腿足构型；其次，采用D-H坐标法建立... 详细信息

目的文章针对Trot步态下的四足机器人构型与运动学、步态与足端轨迹规划、姿态控制等问题展开研究。方法首先，根据足式机器人腿部构型特点，选定具有前肘后膝式的四足机器人，其腿部结构为关节式腿足构型；其次，采用D-H坐标法建立四足机器人运动学，并利用各关节的几何关系采用几何图解法实现从Joint Space到Task Space之间的推导，对足端轨迹的需求进行了分析，采用五次多项式对足端轨迹进行规划；然后，设计了姿态控制策略，通过在4条腿足端与机身之间添加相对位置控制，并使用PI控制器对机身姿态传感器输出的姿态数据修正，与轨迹规划结果结合，通过逆运动学解算，调整4条腿足端与机身之间相对位置以达到控制机身姿态的目的，将其应用在四足机器人的Trot步态行走中。结果为了证明其有效性，采用MATLAB的Simulink进行姿态控制与开环控制的仿真对比，结果显示四足机器人姿态控制策略下行走时的R、P、Y角明显小于开环控制下的R、P、Y角。结论结果表明该姿态控制策略应用在Trot步态中具有可行性，并且大幅提高四足机器人的行走稳定性。

关键词：四足机器人 Trot步态姿态控制仿真分析

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作业条件下的UVMS垂直面姿态控制研究

内蒙古工业大学学报(自然科学版) 2025年第1期44卷 23-29页

作者：邓常红赵康康魏延辉牟泽昊中国石油(中国)有限公司深圳分公司广东深圳518064 哈尔滨工程大学智能科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地海南三亚572000

针对水下机器人-机械臂系统(underwater vehicle-manipulator system,UVMS)水下作业的运动控制所存在的自身结构不确定性干扰、系统动力学耦合干扰以及海流干扰问题以及解决方法展开研究。对系统建立合适的坐标系,并依此得到系统的运动... 详细信息

针对水下机器人-机械臂系统(underwater vehicle-manipulator system,UVMS)水下作业的运动控制所存在的自身结构不确定性干扰、系统动力学耦合干扰以及海流干扰问题以及解决方法展开研究。对系统建立合适的坐标系,并依此得到系统的运动学模型;根据系统垂直面动力学方程和系统之间耦合影响,建立了垂直面欠驱动型水下机器人数学模型。针对作业条件下UVMS垂直面姿态进行控制研究,设计了一种基于模糊自适应反步控制器,通过仿真对不同运动条件下的姿态进行控制验证,结果表明文中方法能够使UVMS在不同运动条件下保持良好的控制姿态。

关键词：水下作业 UVMS 模型解耦姿态控制

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考虑重心偏移的四旋翼无人机姿态控制研究

自动化与仪表 2025年第2期 73-78+84页

作者：王瑞刘朝涛重庆交通大学机电与车辆工程学院

针对存在重心偏移的四旋翼无人机在飞行过程中，具有内外部干扰和模型不确定性的问题，提出了一种基于自抗扰控制的最优滑模姿态控制器。首先，对四旋翼无人机进行力矩分析，建立具有重心偏移的四旋翼无人机数学模型。采用自抗扰控制对... 详细信息

针对存在重心偏移的四旋翼无人机在飞行过程中，具有内外部干扰和模型不确定性的问题，提出了一种基于自抗扰控制的最优滑模姿态控制器。首先，对四旋翼无人机进行力矩分析，建立具有重心偏移的四旋翼无人机数学模型。采用自抗扰控制对四旋翼无人机进行姿态控制，将滑模控制引入到自抗扰控制的非线性状态误差反馈控制律中以加快系统的响应速度。在传统滑模控制的基础上设计了一种时变滑模面，加速四旋翼姿态系统状态变量到达滑模面的过程，能极大提高系统对干扰的响应速度，同时改进指数型趋近率以削弱滑模控制存在的抖振问题。最后，通过Matlab仿真平台，测试了四旋翼无人机在不同扰动下的响应曲线和不同重心偏移下的稳定性能。实验结果表明，改进后的自抗扰最优滑模控制器具有抗干扰能力强和鲁棒性高的特点。

关键词：四旋翼无人机自抗扰控制滑模控制姿态控制重心偏移

来源：博看期刊

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基于滑模变结构的水下航行器姿态控制研究

南方农机 2025年第1期56卷 46-48,51页

作者：熊囿铭韩卜高洁袁萍南通理工学院电气与能源工程学院江苏南通226002

【目的】采用滑模变结构控制器来柔化控制信号以消除抖振,使航行器可以长时间且稳定地对水下生态环境进行监测。【方法】从仿生学的角度对传统水下航行器外形进行优化,设计了一款仿鱼型水下航行器,建立模型对其在水下航行的受力情况进... 详细信息

【目的】采用滑模变结构控制器来柔化控制信号以消除抖振,使航行器可以长时间且稳定地对水下生态环境进行监测。【方法】从仿生学的角度对传统水下航行器外形进行优化,设计了一款仿鱼型水下航行器,建立模型对其在水下航行的受力情况进行分析,同时运用滑模变结构对航行器的姿态控制器进行设计,并通过MATLAB仿真及水池和户外实验验证其可行性。【结果】采用的滑模控制法具有较强的鲁棒性,能有效抑制抖振,基本满足设计要求,该控制法能让航行器在水中保持稳定,确保水下拍摄图像清晰。【结论】将滑模变结构应用于仿鱼型航行器姿态控制可为后续控制器的优化提供参考,基于水平面非线性模型的航向控制器的控制相较于基于垂直面线性化模型的姿态控制器的控制更为复杂,需进一步研究。

关键词：水下航行器滑模变结构姿态控制

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姿态控制中的散开现象

电机与控制学报 2015年第7期19卷 101-105页

作者：何朕王广雄哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

对散开现象提出了一种新的解释,并对姿态控制提出了一种新的PD型控制。实际应用中常用四元数来表示一刚体运动的姿态。可是四元数的状态空间S3对姿态集合SO(3)是双重覆叠的,即每一个姿态对应两个不同的四元数向量。这样,当采用四元数来... 详细信息

对散开现象提出了一种新的解释,并对姿态控制提出了一种新的PD型控制。实际应用中常用四元数来表示一刚体运动的姿态。可是四元数的状态空间S3对姿态集合SO(3)是双重覆叠的,即每一个姿态对应两个不同的四元数向量。这样,当采用四元数来进行反馈控制时,四元数的非唯一性会在q∈S3和-q∈S3的邻域分别形成一个吸引域和一个排斥域,从而导致了姿态控制的散开现象。文中用一个姿态控制的实例来说明这个不稳定现象。为了避免出现散开现象,提出了一个PD型的非线性控制器。这种控制器还有一个特点是能够以最小转角来回归平衡状态。

关键词：姿态控制四元数旋转矩阵散开现象