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一类欠驱动机械系统基于滑模的变结构控制

东北大学学报（自然科学版） 2005年第6期26卷 511-514页

作者：郑艳朱媛井元伟东北大学教育部暨辽宁省流程工业综合自动化重点实验室辽宁沈阳110004 东北大学信息科学与工程学院

针对体操机器人这种欠驱动机械系统设计了滑模变结构控制律,变结构控制中采用了一种改进的指数趋近律·仿真结果表明对线性化模型所设计的变结构控制器应用在非线性系统中,仍能使机器人系统实现稳定·与极点配置方法相比较,采用滑模变... 详细信息

针对体操机器人这种欠驱动机械系统设计了滑模变结构控制律,变结构控制中采用了一种改进的指数趋近律·仿真结果表明对线性化模型所设计的变结构控制器应用在非线性系统中,仍能使机器人系统实现稳定·与极点配置方法相比较,采用滑模变结构控制方法设计的平衡控制器可使机器人系统具有更大的稳定范围(吸引域)和更强的鲁棒性·改进的指数趋近律可有效地降低变结构控制中所产生的抖动,并使系统迅速达到平衡稳定状态·

关键词：欠驱动系统体操机器人变结构控制趋近律吸引域

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控制受限欠驱动桥吊系统改性终端滑模控制

兵器装备工程学报 2019年第10期40卷 221-228页

作者：王杰强宝民何祯鑫杜文正火箭军工程大学导弹工程学院

设计了一种改性终端滑模控制方法,满足了桥吊系统的快速性要求;采用非线性趋近律代替等速趋近律,大幅减弱了系统抖振幅度和频率;根据驱动力矩有限的工业背景,设计自适应辅助系统,实现了有限控制信号输入。仿真结果表明,提出的控制方法... 详细信息

设计了一种改性终端滑模控制方法,满足了桥吊系统的快速性要求;采用非线性趋近律代替等速趋近律,大幅减弱了系统抖振幅度和频率;根据驱动力矩有限的工业背景,设计自适应辅助系统,实现了有限控制信号输入。仿真结果表明,提出的控制方法在控制受限的情况下能够较终端滑模大幅缩短系统状态收敛时间;控制系统抗扰性测试表明,控制方法对外界干扰有较强的鲁棒性能,验证了控制方法的可行性与有效性。

关键词：欠驱动系统桥吊控制受限非线性控制终端滑模变结构控制

一类欠驱动机械系统基于趋近律的分级滑模控制

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控制工程 2017年第9期24卷 1774-1780页

作者：于涛杨昆赵伟辽宁工业大学机械工程与自动化学院辽宁锦州121001 北京印刷学院信息工程学院北京102600

针对一类二自由度欠驱动机械系统,提出了一种基于趋近律法的分级滑模控制策略。该控制策略的基本原理是将一种非线性趋近律引入到系统的控制机制中,该趋近律能够动态地适应被控系统滑动面的变化,可使控制器保持良好性能并削弱系统的抖... 详细信息

针对一类二自由度欠驱动机械系统,提出了一种基于趋近律法的分级滑模控制策略。该控制策略的基本原理是将一种非线性趋近律引入到系统的控制机制中,该趋近律能够动态地适应被控系统滑动面的变化,可使控制器保持良好性能并削弱系统的抖振。所提控制策略首先将整个系统划分成2个子系统,并对各子系统分别定义第一级滑动面。然后将第一级各滑动面组合成第二级滑动面,并利用第一级各滑动面的等效控制量来构造滑模控制律。基于第二级滑动面和提出的趋近律来求取系统的切换控制量,从而最终获得系统的控制输入量。从理论上分析了闭环系统的稳定性,并通过车摆系统的仿真实验验证了该控制策略的有效性。

关键词：欠驱动系统趋近律分级滑模控制抖振

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欠驱动桥式起重机系统控制技术研究

兵器装备工程学报 2019年第11期40卷 116-121,159页

作者：王杰强宝民何祯鑫董思岐关标火箭军工程大学

分析了系统动力学建模、非线性特性以及防摆控制方法三方面的研究现状,介绍了包含摩擦力和外界干扰的系统动力学模型和两种控制策略,主要控制方法包括输入整形、轨迹规划、线性控制、无源控制、反步方法、模糊控制、滑模控制和智能控制... 详细信息

分析了系统动力学建模、非线性特性以及防摆控制方法三方面的研究现状,介绍了包含摩擦力和外界干扰的系统动力学模型和两种控制策略,主要控制方法包括输入整形、轨迹规划、线性控制、无源控制、反步方法、模糊控制、滑模控制和智能控制等。最后对目前控制方法存在的问题进行总结,提出了桥式起重机系统控制的发展方向。

关键词：桥式起重机欠驱动系统防摆控制轨迹跟踪镇定控制智能控制

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垂直欠驱动TORA系统的仿真实验

实验室研究与探索 2019年第5期38卷 94-97页

作者：赵海滨颜世玉陆志国刘冲于清文东北大学机械工程与自动化学院

根据垂直欠驱动TORA系统的动力学方程,建立仿真模型。设计了高通滤波器,通过对小球的角度进行高通滤波,来获取小球的伪角速度。通过小球的角度反馈进行TORA系统的PD控制。采用Matlab/Simulink软件设计了TORA系统的仿真实验系统。最后,... 详细信息

根据垂直欠驱动TORA系统的动力学方程,建立仿真模型。设计了高通滤波器,通过对小球的角度进行高通滤波,来获取小球的伪角速度。通过小球的角度反馈进行TORA系统的PD控制。采用Matlab/Simulink软件设计了TORA系统的仿真实验系统。最后,对仿真的结果进行了分析。该仿真实验能够加深学生对欠驱动系统的理论、仿真和控制等内容的理解,有利于培养学生的实际编程能力,激发他们的学习兴趣。

关键词：欠驱动系统旋转激励平移振荡器 PD控制器高通滤波器

欠驱动2DTORA系统的超螺旋滑模控制研究

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欠驱动2DTORA系统的超螺旋滑模控制研究

作者：陈洋四川轻化工大学

学位级别：硕士

欠驱动系统是控制输入少于控制量的系统,由于系统中部分驱动的缺失,系统的运动只能通过剩余驱动及机构之间的耦合带动。欠驱动系统广泛应用于各个领域,如卫星、吊车、三相电压型PWM整流器等,当全驱动系统由于一些原因导致部分驱动无法运... 详细信息

欠驱动系统是控制输入少于控制量的系统,由于系统中部分驱动的缺失,系统的运动只能通过剩余驱动及机构之间的耦合带动。欠驱动系统广泛应用于各个领域,如卫星、吊车、三相电压型PWM整流器等,当全驱动系统由于一些原因导致部分驱动无法运作,也会变成欠驱动系统。减少驱动意味着成本的降低以及系统重量与体积的减少,对欠驱动系统的研究有着重大意义。文章中研究的具有旋转激励的二维平移振荡器(2DTORA),由两自由度的直线平移非驱动小车和固定在车上的驱动旋转小球组成。系统的运动通过对小球施加扭矩,依靠小球与小车之间的非线性耦合带动。文章针对此欠驱动系统,分析其运动特性,研究其稳定控制策略。首先,对基于拉格朗日分析法建立系统动力学模型,进行了系统能控性分析,对理想状态以及存在摩擦力的2DTORA系统进行了仿真分析,为了控制律设计的便利,提出了新的摩擦力模型,仿真结果与传统摩擦力的系统模型进行比较,在新摩擦力模型下的系统运动更加平滑。接着,针对传统算法中存在的抖振问题,提出解耦超螺旋算法。设计了一个主滑模面与两个次滑模面,其中次滑模面以参数的形式存在于总滑模面中,对总滑模面进行滑模控制设计,实现整个系统的稳定控制;通过对系统的定性分析,实现多平衡点的稳定控制。仿真结果表明,相比传统解耦滑模及能量反馈方法,该方法以更小的力矩实现了控制目标,并且解决了传统滑模算法的抖振问题,但存在小球转角长时间才能稳定以及参数选取的问题。针对解耦滑模算法中小球长时间镇定及参数选取问题,提出了基于极点配置思想的超螺旋滑模控制器。对系统在其平衡点附近进行近似线性化,采用极点配置法获取滑模面各项系数且保证系统闭环稳定,设计了超螺旋滑模控制律,使系统稳定;通过设计滑模面的动态模糊模型,得到不同平衡位置的控制输入,使系统能够大范围稳定,并进行了在地震波干扰下及不确定性因素的鲁棒性仿真。仿真结果与解耦超螺旋相比,极点配置超螺旋算法在动态响应速度方面更优,并且具有一定的鲁棒性,解决了解耦超螺旋算法中存在的问题。最后,在ADAMS环境下搭建了2DTORA的虚拟仿真模型,与在Simulink中设计的控制器进行联合仿真,并对两个环境下的仿真结果进行了对比分析。仿真结果表明,由于仿真步长以及建模方式的不同,虚拟模型仿真与数值模型仿真在稳态时间以及运动平滑程度上存在着些许差异。

关键词：欠驱动系统 2DTORA 解耦极点配置超螺旋算法稳定控制

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多欠驱动智能体系统的一致性研究

多欠驱动智能体系统的一致性研究

作者：葛顺刚燕山大学

学位级别：硕士

多智能体系统的一致性控制作为控制领域的研究热点,在军事、工业及农业等领域有着广泛的应用,但关于欠驱动系统的一致性控制研究仍未涉及。本文针对典型的欠驱动TORA(Translational Oscillators with Rotating Actuator,具有旋转激励的... 详细信息

多智能体系统的一致性控制作为控制领域的研究热点,在军事、工业及农业等领域有着广泛的应用,但关于欠驱动系统的一致性控制研究仍未涉及。本文针对典型的欠驱动TORA(Translational Oscillators with Rotating Actuator,具有旋转激励的平移振荡器)系统进行动力学行为特性分析并建模,在系统存在模型不确定项及外部扰动的前提下,借助图论、Lyapunov稳定性理论及矩阵理论的相关知识,对一致性控制律的设计以及稳定性分析作了研究。本文主要研究内容如下:首先,选取欠驱动TORA系统作为被控对象,并对其进行动力学建模。针对系统存在模型不确定项以及外部扰动的情况下,将系统模型转换为仿射非线性形式,此时系统含有未知非线性函数项以及外部扰动项,对这两部分的处理成为多TORA系统一致性控制的基础。其次,研究了基于自适应模糊估计算法的多TORA系统一致性控制。采用自适应模糊估计算法对系统中的未知非线性函数进行估计,并设计了补偿项对系统的外部扰动进行补偿。针对拓扑结构中无领航者和有领航者两种情况,分别设计一致性控制律,并通过多TORA系统对一致性控制律进行仿真实验验证。再次,设计了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer,简称ESO)的一致性控制律。在系统相关速度信息不可测的前提下,利用ESO对系统中包含的未知非线性函数及外部扰动作整体估计。由于拓扑结构可能存在时变性,针对固定拓扑结构和切换拓扑结构两种情况,分别设计相应的一致性控制律,并通过多TORA系统验证一致性控制律的有效性。最后,研究了基于RBF神经网络(Radial Basis Function Neural Network,简称RBFNN)的多TORA系统有限时间一致性控制问题。针对系统模型中的未知非线性函数,利用RBFNN的逼近原理对其进行逼近,并通过多TORA系统进行仿真实验,验证有限时间一致性控制律的有效性。

关键词：多智能体系统欠驱动系统一致性控制自适应模糊扩张状态观测器 RBF神经网络有限时间

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欠驱动烟叶卸装系统建模及控制方法研究

欠驱动烟叶卸装系统建模及控制方法研究

作者：杨林福建农林大学

学位级别：硕士

为解决烟叶复烤厂袋装烟叶卸装困难的问题,设计了一款基于桥式起重机的烟叶卸装设备。但由于桥式起重机的欠驱动特性,其非完全可控的负载会产生无法直接约束的摆动,目前实际生产中运用的桥式起重机大多依赖人工操作台车的运动来抑制摆动... 详细信息

为解决烟叶复烤厂袋装烟叶卸装困难的问题,设计了一款基于桥式起重机的烟叶卸装设备。但由于桥式起重机的欠驱动特性,其非完全可控的负载会产生无法直接约束的摆动,目前实际生产中运用的桥式起重机大多依赖人工操作台车的运动来抑制摆动,这种抑制摆动的方式难以把握且非常考验人工经验。故本文主要针对烟叶卸装设备建立了动力学模型,对设备台车的轨迹规划与消摆控制方法展开研究。本文设计了烟叶卸装设备整体方案,利用欧拉-拉格朗日方程建立起烟叶卸装设备的动力学模型,考虑到台车自身运动情况,将模型简化以便展开研究。运用了时间最优以及摆角约束两种轨迹规划方法来规划台车轨迹,采用时间最优轨迹规划方法是将复杂的台车轨迹规划问题转换成方便求解的非线性规划问题,构造出台车轨迹的待优化目标函数,运用了高斯伪谱法来简化该目标函数以便求解。而摆角约束的轨迹规划方法优先考虑负载摆角的约束,构造出时间与最大摆角之间关系的目标函数,利用粒子群算法计算该目标函数的最优解。计算结果表明,时间最优轨迹规划方法以及摆角约束的轨迹规划方法都能在相同参数下,有效抑制负载摆角,使系统的安全性能更高。为了使台车能够按照规划的轨迹运行,本文采用一种自适应滑模控制方法,利用负载摆动角度以及台车期望位置与实际位置之间的误差来构造了一个耦合变量,采用了趋近律设计出滑模控制律,其中的趋近参数采用了自适应算法进行自适应估计,利用Lyapunov稳定性理论分析了控制器的稳定性。在相同参数下采用Matlab软件将该控制器与传统滑模控制器相对比,对比结果表明,在面临许多未确定的模型参数情况下,本文采用的自适应滑模控制方法能够取得良好的轨迹跟踪性能,验证了自适应滑模控制器的有效性,减小了滑模控制器的抖振效果。最后为了验证本文理论计算以及动力学模型的准确性,利用ADAMS软件建立了一个简化的烟叶卸装设备虚拟样机模型,再采用ADAMS和Matlab软件建立了烟叶卸装设备的联合仿真系统。通过该联合仿真系统的实验,测试了两种轨迹规划方法对负载防摆的有效性,以及自适应滑模控制器的稳定性和可靠性,理论计算以及动力学模型设计误差均在合理范围内,动力学模型及自适应滑模控制器对本文设计的烟叶卸装设备实物的搭建有一定参考价值。

关键词：欠驱动系统轨迹规划系统控制卸装设备开发系统联合仿真

几类欠驱动机械系统的镇定及跟踪控制问题研究

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几类欠驱动机械系统的镇定及跟踪控制问题研究

作者：胡睿重庆大学

学位级别：硕士

欠驱动系统是指控制变量数量要比系统自由度少的一类典型非线性系统。欠驱动系统在节约能量、降低造价、减轻重量、增强系统灵活度等方面都较完全驱动系统更加优越。同时,欠驱动系统结构都相对简单,系统整体的动力学分析和实验就更加的... 详细信息

欠驱动系统是指控制变量数量要比系统自由度少的一类典型非线性系统。欠驱动系统在节约能量、降低造价、减轻重量、增强系统灵活度等方面都较完全驱动系统更加优越。同时,欠驱动系统结构都相对简单,系统整体的动力学分析和实验就更加的方便。有些全驱动机械的某些部件发生故障后,全驱动系统可以暂时转化为欠驱动系统来工作。随着工业的发展和理论方向的深入研究,欠驱动系统的使用越来越广泛。但相比于全驱动系统,由于欠驱动系统的特性,自由度多于控制输入的数量,就为控制器的设计增加了难度。所以对欠驱动系统的研究无论是实际应用方面还是理论方面都有很现实的意义。本文针对几种典型的欠驱动系统,提供了几种镇定及跟踪控制设计方案,主要的工作有以下几方面:第一,针对桥式吊车系统,提供了一种结合PPB(预测性能界)与DSC(动态面控制)的控制方法。采用反步法设计出控制器,优化了吊车的收敛速度,提高了吊车的瞬态性能。第二,提出了一种非线性自适应容错控制,使得当船舶的推进器发生故障时,即使存在未知的系统参数以及由波浪、风和洋流引起的环境干扰,整个系统依然可以遵循预定的路径行驶。结果表明,采用本文提出的控制器,船舶系统的路径可以用任意小的跟踪误差跟踪参考轨迹。第三,针对欠驱动水面船舶系统的轨迹跟踪问题,研究了在输入饱和这一约束条件下的跟踪控制难题。将多输入多输出的系统通过有限时间解耦控制转换成多个单输入单输出的系统,使得欠驱动船舶系统成为了两个独立的单输入单输出的子系统,而且由于两个系统的影响方式是单方面的,所以可以对两个子系统分别设计控制器。最终能够证明整个系统在输入饱和约束下能够保证系统的稳定性。这类方法不仅仅可以运用到水面船舶系统,也可以运用到其他非线性带输入约束系统的控制上。最后,针对本文工作做了相关的总结,论述了这些控制方案的优势和不足,并在总结的基础上,对后续的工作进行了展望。

关键词：欠驱动系统吊车欠驱动船舶稳定性分析跟踪控制