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虚拟轴机床的神经网络滑模控制研究

虚拟轴机床的神经网络滑模控制研究

作者：胡陟江苏大学

学位级别：硕士

虚拟轴机床作为一种全新构型的机床,与传统数控机床形成互补关系。虚拟轴机床采用并联机构,具有传动链短、刚度大、质量轻、切削效率高等特点。尽管对虚拟轴机床的理论研究和实际应用已取得了一些成果,但是虚拟轴机床在运动学、动力学... 详细信息

虚拟轴机床作为一种全新构型的机床,与传统数控机床形成互补关系。虚拟轴机床采用并联机构,具有传动链短、刚度大、质量轻、切削效率高等特点。尽管对虚拟轴机床的理论研究和实际应用已取得了一些成果,但是虚拟轴机床在运动学、动力学、奇异位形、轨迹规划及运动控制等方面仍存在一些尚未解决的问题。本文主要对虚拟轴机床的运动学及控制策略进行研究。首先,在分析了6-DOF虚拟轴机床机械结构,给出其运动学数学基础知识的基础上,推导了6-DOF虚拟轴机床的运动学反解。同时给出了虚拟轴机床轨迹规划的方法,并规划出该系统在设定作业任务下的运动轨迹。其次,在对并联机构进行运动学分析和建模的基础上,提出了两种控制算法,并详细分析了两种控制方法的轨迹跟踪控制效果和控制量输入。仿真结果表明神经网络滑模控制方法跟踪速度快、控制精度高、能有效地消除常规滑模控制所存在的抖振现象。再次,以“工控机+PMAC运动控制卡”构建了虚拟轴机床的控制系统硬件。系统采用分散控制策略,由六个并联设置的控制通道组成,是一种基于多个自主控制器的分布式协同控制系统。文章最后利用VC++设计了功能完善的控制软件,给出交流电机驱动的虚拟轴机床控制实验结果。实验控制程序运用多线程编程思想,主线程作为用户界面线程,用来接受用户输入;辅助线程进行复杂的算法计算,并把计算得到的控制量传递给控制卡,控制卡发出控制信号使虚拟轴机床能在其工作空间内完成给定的轨迹运动。实验结果验证了本文所设计方法的正确性和有效性。

关键词：虚拟轴机床交流伺服电机滑模控制神经网络滑模控制轨迹跟踪

改进型RBF神经网络滑模控制在DC/DC变换器中的应用研究

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现代信息科技 2023年第21期7卷 49-53页

作者：伍孟涛刘彬闫小宇葛芦生安徽工业大学电气与信息工程学院安徽马鞍山243032

针对DC/DC变换器容易受到参数摄动以及外部负载扰动的问题,传统的双闭环PI控制无法得到满意的动态性能和鲁棒性,因此提出一种改进型RBF神经网络滑模控制策略。将加入积分项的滑模控制(ISMC)与RBF神经网络结合,利用RBF神经网络去同时逼近... 详细信息

针对DC/DC变换器容易受到参数摄动以及外部负载扰动的问题,传统的双闭环PI控制无法得到满意的动态性能和鲁棒性,因此提出一种改进型RBF神经网络滑模控制策略。将加入积分项的滑模控制(ISMC)与RBF神经网络结合,利用RBF神经网络去同时逼近ISMC两个未知项中f(x)和g(x),设计出一种具有较好鲁棒性的电压外环RBF-ISMC控制器,在一定程度上抑制了稳态误差和抖振,进而去提高Buck变换器的输出动态响应性能。通过Matlab/Simulink仿真验证了所设计的RBF-ISMC控制策略的可行性和优越性。

关键词： DC/DC变换器神经网络滑模控制抖振动态响应

永磁同步风电机组神经网络滑模多目标优化控制

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可再生能源 2015年第1期33卷 43-48页

作者：刘吉宏陈小荣肖莹北京电子科技职业学院自动化工程学院北京100176

将永磁同步风力发电机组中的变流器和电网用等效负载代替并对控制回路进行简化,得到非线性仿射形式的机组模型,利用反馈线性化方法对系统进行精确线性化。固定参数离散指数趋近律滑模控制算法主要缺陷是如两个参数匹配不当,可能会使求... 详细信息

将永磁同步风力发电机组中的变流器和电网用等效负载代替并对控制回路进行简化,得到非线性仿射形式的机组模型,利用反馈线性化方法对系统进行精确线性化。固定参数离散指数趋近律滑模控制算法主要缺陷是如两个参数匹配不当,可能会使求得的控制量过大,同时系统在滑模面附近剧烈的高频抖振会导致机组所要承受的机械应力增加,动态性能变差,利用神经网络的自适应学习能力对这两个控制参数进行实时优化,根据机组控制目标定义一个综合性能指标,通过优化该指标得到网络权值修正算法。仿真结果表明,该方法可以使系统快速到达滑模面,实现了机组对最优转速的快速跟踪;同时有效抑制了系统的抖振,减小了额外的疲劳载荷,实现了多目标优化控制。

关键词：反馈线性化神经网络滑模控制离散指数趋近律多目标优化抖振削弱

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功能性电刺激下的关节自适应运动控制研究

自动化学报 2016年第12期42卷 1923-1932页

作者：吴强张琴熊蔡华华中科技大学机械科学与工程学院数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074

针对功能性电刺激(Functional electrical stimulation,FES)下外部干扰和肌肉疲劳对关节运动的影响,提出了一种神经网络自适应滑模控制方法以获得更加精确的关节运动.本文建立了电刺激下的关节运动模型,在此模型的基础上设计了滑模控制... 详细信息

针对功能性电刺激(Functional electrical stimulation,FES)下外部干扰和肌肉疲劳对关节运动的影响,提出了一种神经网络自适应滑模控制方法以获得更加精确的关节运动.本文建立了电刺激下的关节运动模型,在此模型的基础上设计了滑模控制律,利用径向基神经网络在线逼近系统不确定特性,并通过Lyapunov方法设计了径向基神经网络的自适应律,以电刺激所产生的膝关节运动控制为例,通过仿真和实验研究验证了该神经网络滑模控制方法相对于传统的滑模控制来说,不仅可以准确地控制电刺激而获得期望的关节运动,而且当关节运动受到外部干扰和肌肉疲劳的影响时,还可自适应地对此进行补偿,有效地调节电刺激强度以获得准确的关节运动.

关键词：神经网络滑模控制肌肉疲劳运动控制功能性电刺激

基于逆系统方法的带SMSE的静态无功补偿器的RBF滑模控制研究

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电力系统保护与控制 2013年第3期41卷 91-95页

作者：庄述燕大唐鲁北发电有限责任公司山东滨州251909

在并网点接入无功补偿器是提高电压稳定保证风电可靠运行的有效方法。设计一种带超导储能的静态无功补偿器,应用逆系统方法实现系统反馈线性化解耦,再采用RBF神经网络滑模控制对解耦逆系统进行控制。仿真结果表明:采用逆系统方法和RBF... 详细信息

在并网点接入无功补偿器是提高电压稳定保证风电可靠运行的有效方法。设计一种带超导储能的静态无功补偿器,应用逆系统方法实现系统反馈线性化解耦,再采用RBF神经网络滑模控制对解耦逆系统进行控制。仿真结果表明:采用逆系统方法和RBF神经网络滑模控制对提高系统的动态响应速度和改善系统鲁棒性具有良好的效果,所得结果符合带超导储能的静态无功补偿器的动态响应特性。

关键词：超导储能静态无功补偿器逆系统神经网络滑模控制

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消毒机器人设计与轨迹跟踪控制策略研究

消毒机器人设计与轨迹跟踪控制策略研究

作者：张鑫安徽大学

学位级别：硕士

2020年新冠肺炎病毒爆发以来,全世界感染病例快速增长,全世界为应对肺炎疫情花费了大量的人力物力财力,针对疫情防控需要本文设计了一种低成本、结构简单但功能完善的智能消毒机器人。并针对消毒机器人在滑移扰动下模型的不确定性,对消... 详细信息

2020年新冠肺炎病毒爆发以来,全世界感染病例快速增长,全世界为应对肺炎疫情花费了大量的人力物力财力,针对疫情防控需要本文设计了一种低成本、结构简单但功能完善的智能消毒机器人。并针对消毒机器人在滑移扰动下模型的不确定性,对消毒机器人进行了运动控制建模和轨迹跟踪控制研究,论文的主要工作如下:1、制定了智能消毒机器人的设计指标,设计了符合要求的智能消毒机器人下位机底座,该底座采取双轮差速移动方式,搭配合适的传感器配件,完成了硬件和控制系统方案设计。2、设计了与智能消毒机器人底座相匹配的便携式上位机控制器,控制器主要由摇杆、触摸式显示屏、电池、外壳以及若干按钮组成,可与下位机建立实时连接,可接收由下位机传输而来的传感器数据信息,并能遥控智能消毒机器人底座的运动。3、对智能消毒机器人的差速运动原理进行分析,在非完整运动约束分析下,考虑消毒机器人可能存在的干扰情况,建立了消毒机器人的运动学和动力学模型。4、基于上述的数学模型,分析了基于名义的传统滑模算法和滑移扰动下神经网络滑模控制算法的原理,分析了两种算法在双轮差速消毒机器人运动控制中的收敛性问题,并进行了仿真验证。通过现场试验,说明滑移扰动下的神经网络滑模控制算法比基于名义的滑模控制率具有更加优越的收敛速度与追踪效果。

关键词：消毒机器人双轮差速驱动神经网络滑模控制

智能车辆局部避障路径规划及横向运动控制研究

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智能车辆局部避障路径规划及横向运动控制研究

作者：陈东湖南大学

学位级别：硕士

随着我国汽车保有量的逐年递增,汽车带来的社会问题也逐渐凸显出来。我国每年因发生交通事故造成的人员伤亡数量居高不下,而车祸发生的原因基本上都是由驾驶员误操作造成的;同时城市交通拥堵状况、环境能源问题也亟待解决。研究智能车... 详细信息

随着我国汽车保有量的逐年递增,汽车带来的社会问题也逐渐凸显出来。我国每年因发生交通事故造成的人员伤亡数量居高不下,而车祸发生的原因基本上都是由驾驶员误操作造成的;同时城市交通拥堵状况、环境能源问题也亟待解决。研究智能车辆不仅是解决以上问题的有效途径之一,而且在军事、工业、科学等领域都有广阔的发展空间和应用前景。本文以智能车辆为研究对象,在汽车系统动力学、群智能算法和控制理论的基础上针对其中两个关键技术:局部避障路径规划和横向运动控制进行了研究。在介绍了智能车辆关键技术国内外研究现状之后,对智能车辆进行了动力学建模研究。建立了七自由度模型和Dugoff轮胎模型组成的整车模型和控制状态方程中的二自由度线性模型。针对传统局部路径规划算法存在路径不可达、容易陷入局部最优、避障模型复杂导致计算量大等问题,提出采用基于细菌觅食算法优化的车辆局部避障路径规划方法。为避免传统路径规划大规模寻优计算等缺陷,采用连续性样条插值避障模型,将离散化的路径问题连续化处理。为验证所提算法的优势,进行了细菌觅食算法、粒子群算法、遗传算法三种优化算法仿真对比试验。试验表明细菌觅食法具有较强搜索能力以及快速收敛等特点,能够快速搜索出环境中的最优路径。针对车辆模型存在高度非线性动态特性、参数不确定性以及行驶时受外部干扰较多导致控制精度不高、鲁棒性差等问题,采用RBF神经网络滑模控制方法。在传统二自由度车辆控制模型状态方程的基础上推导了新的状态方程并以此设计了滑模控制器。利用RBF神经网络对模型的不精确部分进行了自适应补偿,最后通过李雅普诺夫稳定性理论推导出神经网络的权值并证明控制系统的稳定性。对设计的控制器在Matlab/Simulink的环境下进行了建模仿真研究。仿真对算法有效性和鲁棒性进行了具体分析。通过和单一滑模控制器对比,本文采用的神经网络滑模控制方法能够迅速减少和预期路径的横向偏差以及横摆角速度偏差,证明算法有效性较好;同时验证了在不同车速、不同载荷和外部干扰状况下神经网络滑模控制器鲁棒性较好。

关键词：智能车辆路径规划细菌觅食法神经网络滑模控制横向控制

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智能汽车多模式驾驶仿真平台开发

智能汽车多模式驾驶仿真平台开发

作者：李竹峰扬州大学

学位级别：硕士

智能汽车是当前汽车领域的前沿研究热点。由于技术限制,完全的自动驾驶技术短时间内较难实现,具备手动驾驶模式和自动驾驶模式的多模式车辆是当前和今后一段时间内智能汽车的基本特征。当科研人员关注把重点放在实现自动驾驶技术时,有... 详细信息

智能汽车是当前汽车领域的前沿研究热点。由于技术限制,完全的自动驾驶技术短时间内较难实现,具备手动驾驶模式和自动驾驶模式的多模式车辆是当前和今后一段时间内智能汽车的基本特征。当科研人员关注把重点放在实现自动驾驶技术时,有关极限工况下智能汽车驾驶安全性验证和多模式驾驶带来的人机交互以及驾驶员的情景意识和注意力、认知负荷、行为特征等研究越来越受到关注。本课题基于虚拟现实和模拟驾驶技术,结合智能汽车路径跟踪控制策略,构建智能汽车多模式驾驶仿真平台,为极限工况下智能汽车驾驶安全性验证、人-车辆-环境系统交互、以及多模式驾驶的驾驶员心理和行为特征等研究提供平台。建立了多模式驾驶的车辆动力学模型。通过对车辆纵向受力分析,联合车辆纵向受力平衡方程式和传动系统动力学建立车辆纵向动力学模型;基于一定的假设与简化条件,建立了以二自由度车辆动力学模型为基础的车辆横向动力学模型;分析了车辆前轮转角与方向盘转角之间的函数关系,建立了行驶方向控制模型;设计了车辆动力学模型在虚拟行驶场景中的应用方案,把动力学模型和虚拟行驶场景结合了起来。设计了智能汽车路径跟踪控制策略和运动控制系统方案。针对智能汽车多模式驾驶仿真平台自动驾驶模式路径跟踪控制问题,结合车辆横向动力学模型,提出了一种基于RBF神经网络滑模控制的智能汽车路径跟踪控制方法,利用MATLAB/Simulink建立路径跟踪控制仿真验证模型,验证了方法的有效性;通过分析自动驾驶模式运动控制系统设计要求,明确了总体方案设计,结合路径跟踪控制方法,提出了运动控制系统模块化设计方案。构建了虚拟行驶仿真场景模型。基于Multigen Creator和Vega Prime软件,建立了虚拟行驶仿真模型;基于模拟驾驶“沉浸感”的需求,利用层次细节模型技术、碰撞检测、场景特效设计,优化了虚拟行驶场景;基于MFC单文档对整个行驶环境进行了应用配置开发,构建了虚拟行驶场景主线程设计框架。完成了智能汽车多模式驾驶仿真平台搭建。通过分析平台硬件环境设计要求,明确平台硬件环境设计方向,从操纵装置设计,操纵信号采集等方面设计了平台的硬件环境;结合平台操纵装置,设计了自动驾驶执行装置和电气控制回路方案,对关键零件和重要的电气元件进行选型;通过分析了现有智能汽车驾驶模式切换方法的弊端,提出了基于阈值的驾驶模式切换方法,完成了驾驶模式切换模块设计和重要的电气元件进行选型;设计了系统调试软件,完成了智能汽车多模式驾驶仿真平台系统调试;通过实验,验证了驾驶模式切换系统和自动驾驶运动控制系统的可靠性。

关键词：智能汽车虚拟现实多模式驾驶神经网络滑模控制

直线电机驱动H型运动平台模糊迭代学习同步控制

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直线电机驱动H型运动平台模糊迭代学习同步控制

作者：李雨蹊沈阳工业大学

学位级别：硕士

本文所研究的对象是由三台完全相同的永磁直线同步电机构成的H型运动平台。虽然在两个Y轴上选用了完全相同的直线电机,但由于电机参数变化、机械耦合、负载扰动和摩擦力等不确定性因素会导致两个平行的直线电机运动不同步,这不仅影响工... 详细信息

本文所研究的对象是由三台完全相同的永磁直线同步电机构成的H型运动平台。虽然在两个Y轴上选用了完全相同的直线电机,但由于电机参数变化、机械耦合、负载扰动和摩擦力等不确定性因素会导致两个平行的直线电机运动不同步,这不仅影响工件加工精度,严重的可能会导致系统损坏甚至威胁人身安全。为了提高H型运动平台加工精度,推动平台发展,因此,针对这一问题,在系统单轴和双轴间设计控制器来减小误差。本文在考虑了横梁运动对双轴的干扰后,对H型运动平台建立数学模型。在单轴上设计了递归RBF神经网络摩擦补偿滑模控制器来减小单轴跟踪误差,在双轴上设计了二型模糊迭代控制器来减小双轴间的同步误差,进一步提高系统精度。首先,在查阅了相关的资料后,对PMLSM驱动的H型运动平台在国内外的发展现状及一些控制策略的研究现状进行综述。由于X轴上的负载在沿X轴方向进行往复运动时会对Y轴上的直线电机产生扭摆力,从而使Y轴上的两台直线电机受力不均匀,根据PMLSM的基本原理,对H型运动平台建立了数学模型。其次,针对单轴的跟踪误差问题,设计了递归RBF神经网络滑模控制器,神经网络与滑模的结合可以有效的削弱滑模控制时易发生的抖振现象,并且为了更好的提高单轴跟踪精度,对摩擦力产生的影响进行了补偿,之后根据李雅普诺夫定理,验证了这一控制器的稳定性。通过MATLAB/Simulink对本章所设计的控制器进行仿真,并与普通的滑模控制器进行比较。最后,设计了同步控制器来减小系统在双轴间的同步误差,但由于H型运动平台做往复运动时易产生重复扰动,针对这一问题,将控制重复扰动非常有效的迭代学习控制与区间二型模糊控制相结合,这两种控制策略相结合可以加快迭代学习控制的收敛速度并且增强了被控系统的抗干扰能力,提高系统精度。通过MATLAB/Simulink对两种控制器进行建模仿真与分析,并将这两种控制器的仿真结果进行比较,验证本章所设计控制器的有效性。

关键词： H型运动平台永磁直线同步电机神经网络滑模控制重复扰动模糊迭代学习控制