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二自由度SCARA机器人位置的端口受控哈密顿与反步法协调控制

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测控技术 2018年第3期37卷 41-46页

作者：李鹏杨杰迟洁茹张启杲青岛大学机电工程学院山东青岛266071 青岛大学电子信息学院山东青岛266071 青岛国际机场新能源发展有限公司山东青岛266317

针对二自由度SCARA机器人系统使用单一控制方法难以实现快速、精准的位置跟踪控制的问题,设计了基于端口受控哈密顿(PCH)与反步法的协调控制。PCH用于保证系统稳态性能,反步法用于保证系统快速性。采用指数函数作为协调函数以实现协调... 详细信息

针对二自由度SCARA机器人系统使用单一控制方法难以实现快速、精准的位置跟踪控制的问题,设计了基于端口受控哈密顿(PCH)与反步法的协调控制。PCH用于保证系统稳态性能,反步法用于保证系统快速性。采用指数函数作为协调函数以实现协调控制策略,从而适应二自由度SCARA机器人的轨迹跟踪控制。该SCARA机器人系统,既能够实现系统快速的跟踪位置信号,又能够提高系统的输出信号的稳态性能。仿真实验表明,当存在干扰时,采用PCH与反步法的协调控制的二自由度SCARA机器人位置跟踪系统能够有效地结合两者的优点,系统的动态性能和稳态性能优良,且能够很好地抵抗外部干扰。

关键词： SCARA机器人端口受控哈密顿反步法控制位置跟踪控制

基于自适应反步法和端口受控哈密顿理论的永磁同步电机控制

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电机与控制应用 2016年第10期43卷 35-38,52页

作者：符晓玲刘旭东昌吉学院物理系新疆昌吉831100 山东大学控制科学与工程学院山东济南250061

提出了一种基于自适应反步控制和端口受控哈密顿(PCH)系统理论的永磁同步电机(PMSM)速度控制方法。考虑电机负载扰动,提出了基于反步法的PMSM速度环自适应控制;然后将PMSM电磁子系统模型表示成哈密顿系统形式,根据PCH系统理论求得控制... 详细信息

提出了一种基于自适应反步控制和端口受控哈密顿(PCH)系统理论的永磁同步电机(PMSM)速度控制方法。考虑电机负载扰动,提出了基于反步法的PMSM速度环自适应控制;然后将PMSM电磁子系统模型表示成哈密顿系统形式,根据PCH系统理论求得控制器。仿真结果表明,设计的控制方法能够快速达到期望的转速值,且具有较好的抗负载扰动能力。

关键词：永磁同步电机自适应反步法端口受控哈密顿

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机器人的端口受控哈密顿与自适应协调控制

机器人的端口受控哈密顿与自适应协调控制

作者：刘应新青岛大学

学位级别：硕士

随着社会经济发展和机电、电力电子、人工智能等相关理论以及各种控制策略的日益完善,机器人技术已逐渐成熟,并在众多领域取得较为广泛的应用,发挥着不可或缺的作用。相应的,其控制系统的研究显得日益重要。作为一个高阶复杂系统,机器... 详细信息

随着社会经济发展和机电、电力电子、人工智能等相关理论以及各种控制策略的日益完善,机器人技术已逐渐成熟,并在众多领域取得较为广泛的应用,发挥着不可或缺的作用。相应的,其控制系统的研究显得日益重要。作为一个高阶复杂系统,机器人实际运行过程中不可避免地会受到内部不确定性参数和外部扰动等因素的影响。如何最大程度地减小这些因素对系统的影响与干扰,成为机器人控制策略的研究重点。传统的机器人控制方案往往不考虑关节驱动电机,仅仅从其动力学角度出发,建立其模型。在此基础上进行控制器设计,虽然理论上可以取得较好的效果,但在实际运行中却是差强人意,具有很大的局限性。基于此本课题统筹机器人动力学与驱动电机,永磁同步电机(PMSM)作为机器人驱动电机,在修正模型的基础上给出了控制器的设计过程与方法。第一,首先介绍了本课题的研究目的和意义,并简单阐述了机器人控制的国内外研究现状与趋势。第二,统筹机器人动力学模型与关节驱动电机PMSM的数学模型,建立了新的机器人模型。第三,主要研究了机器人的端口受控哈密顿与自适应协调控制。分别设计求取了端口受控哈密顿控制器与自适应控制器,仿真结果表明,采用该方案后系统跟踪信号的快速性良好,同时也具有较好的稳态性能,初步证实了协调控制策略的可行性。第四,考虑到自适应控制自身的局限性,即对机器人非内部不确定性因素控制不理想。本文在已有方案的基础上设计了干扰观测器,兼顾了改善机器人参数不确定性和外部扰动等缺点。仿真结果表明,加入干扰观测器的机器人系统在自适应与PCHD协调控制下具有较高的动态性能与稳态性能,抗干扰能力强,预期效果良好。综上所述,为最大程度减小内外部因素对机器人系统的影响与干扰,获得较好的动态稳态性能,本文以机器人为研究对象,给出了端口受控哈密顿与自适应协调控制方案,并在此基础上设计了干扰观测器进行仿真验证,获得了较好的预期效果。

关键词：永磁同步电机自适应控制端口受控哈密顿干扰观测器

基于端口受控哈密顿原理的三容液位有限时间控制

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基于端口受控哈密顿原理的三容液位有限时间控制

第40届中国控制会议

作者：许涛于海生于金鹏青岛大学自动化学院

针对一类三容耦合液位系统,提出一种基于端口受控哈密顿原理的有限时间控制方法。为了获得可调的有限时间控制的收敛增益,研究了收敛时间与参数间的比例关系,提出了一种阻尼归一化方法,同时给出了一种新的参数自整定方法以明晰参数选择... 详细信息

针对一类三容耦合液位系统,提出一种基于端口受控哈密顿原理的有限时间控制方法。为了获得可调的有限时间控制的收敛增益,研究了收敛时间与参数间的比例关系,提出了一种阻尼归一化方法,同时给出了一种新的参数自整定方法以明晰参数选择原则。最后,仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词：有限时间控制液位控制系统端口受控哈密顿

来源： cnki会议评论

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基于能量控制的机器人关节同步优化控制研究

组合机床与自动化加工技术 2024年第6期 126-130页

作者：顾维锴李朝阳陈兵奎重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

针对移动机器人在高性能输出和长时间续航等方面的综合工作性能需求,提出一种针对机器人关节的多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制方法。首先,建立机器人关节的数学模型和哈密顿能量控制模型,并推导出能方便采用模型代理优化算法的... 详细信息

针对移动机器人在高性能输出和长时间续航等方面的综合工作性能需求,提出一种针对机器人关节的多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制方法。首先,建立机器人关节的数学模型和哈密顿能量控制模型,并推导出能方便采用模型代理优化算法的关节靶向能量传输系统模型;其次,搭建能量闭环控制器,与磁场矢量控制结合完成机器人关节的控制闭环,并设计了多性能同步优化控制策略使得机器人关节在保证运行输出能力的同时获得最长的续航能力。MATLAB/Simulink仿真结果表明,多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制器使机器人关节拥有较好的输出稳定性,同步优化控制策略在与其他控制策略的输出能力和续航能力等多指标的综合对比分析中展现了优势。

关键词：机器人关节电机控制端口受控哈密顿代理优化模型

双馈感应电动机的状态误差端口哈密顿建模和控制

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青岛大学学报（工程技术版） 2012年第4期27卷 29-35,65页

作者：张立嘉于海生青岛大学自动化工程学院山东青岛266071

针对负载转矩已知和未知情况,本文采用端口受控哈密顿(port-controlled Hamiltonian,PCH)方法,分别研究了双馈感应电机(doubly-fed induction machine,DFIM)哈密顿建模与控制问题,建立了双馈感应电机的PCH模型,给出了期望的闭环系统PCH... 详细信息

针对负载转矩已知和未知情况,本文采用端口受控哈密顿(port-controlled Hamiltonian,PCH)方法,分别研究了双馈感应电机(doubly-fed induction machine,DFIM)哈密顿建模与控制问题,建立了双馈感应电机的PCH模型,给出了期望的闭环系统PCH结构,选取了期望的闭环哈密顿函数,采用能量成形、阻尼注入和互联配置的方法设计出系统控制器,并且在负载转矩未知时设计负载转矩观测器。通过Matlab/simulink进行仿真验证,仿真结果表明,系统动态响应比较快,具有较好的稳态性能和速度跟踪性能。证明所提出的PCH控制方法是有效的。

关键词：双馈感应电动机端口受控哈密顿建模控制

考虑未建模动态和外部扰动的双容液位系统协同优化控制

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考虑未建模动态和外部扰动的双容液位系统协同优化控制

作者：张克青岛大学

学位级别：硕士

双容液位系统是典型的过程控制领域研究对象之一,其控制精度受未建模动态和外部扰动的影响较大,且系统需要同时满足动态性能和稳态性能的要求,控制较为复杂。针对其控制难点,分别基于信号和能量的观点设计了控制器,并设计协同优化控制... 详细信息

双容液位系统是典型的过程控制领域研究对象之一,其控制精度受未建模动态和外部扰动的影响较大,且系统需要同时满足动态性能和稳态性能的要求,控制较为复杂。针对其控制难点,分别基于信号和能量的观点设计了控制器,并设计协同优化控制算法结合了两种控制器的优点。论文主要研究内容如下。(1)针对双容液位系统存在的外部扰动、模型参数不确定等问题,从信号的角度设计了一种基于非线性扰动观测器的神经网络滑模控制方法。在采用积分滑模控制器的基础上,考虑系统未建模动态,通过径向基神经网络对系统的非线性函数进行逼近,并设计非线性扰动观测器估计外部扰动。通过仿真结果表明所设计方法比传统积分滑模的稳态误差减小了75%,且在多种条件下相比传统积分滑模控制性能都有所提升。(2)基于信号的观点设计了自适应神经网络反步滑模控制器满足系统快速响应的需求,有效解决了系统未建模动态和外部扰动的影响。基于能量的观点设计了端口受控哈密顿控制器,该控制器具有良好的稳态性能,并且能有效消除反步滑模固有的抖振问题。然后,设计协同优化控制方法兼顾两种控制器的优点。仿真结果表明,该控制方法对系统中出现阀门扩张,协同优化控制的液位变化幅度比端口受控哈密顿控制约减少25%,且对比神经网络反步滑模控制无超调量;对系统存在的外部扰动协同优化控制的液位变化幅度比端口受控哈密顿控制减少20%,恢复稳态时间缩短了5秒。(3)设计了一种双容液位系统无模型自适应滑模控制与改进的端口受控哈密顿控制协同优化控制方法。基于信号根据系统超局部模型设计无模型自适应滑模控制器;采用扩张观测器估计系统中扰动及未建模动态并进行前馈补偿。从能量的角度引入端口受控哈密顿控制,并且利用L增益进一步抑制外部扰动。通过协同优化控制算法将信号与能量控制器相结合。仿真结果表明,协同优化控制达到期望液位时间比端口受控哈密顿控制快5秒,稳态误差比无模型自适应滑模控制减小了0.1厘米,针对未建模动态和外部扰动等多种条件下相比单一控制器控制性均有所提升。综上,论文给出三种不同的控制方法,综合考虑信号控制与能量控制的优点,实现了双容液位系统的信号与能量协同优化控制。针对系统存在的未建模动态以及外部扰动,协同优化控制使系统具有更快速的响应时间,更好的鲁棒性以及更高的控制精度。通过信号与能量协同优化控制的观点,为双容液位系统的高性能控制,提供新的实现方案和科学依据,具有重要的理论与实践意义。

关键词：协同优化控制端口受控哈密顿滑模控制无模型控制双容液位系统

独立直流微电网中燃料电池与超级电容的功率协调控制

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电力自动化设备 2016年第10期36卷 113-120页

作者：杨帆盛波符杨上海电力学院电气工程学院上海200090

针对独立直流微电网的功率协调控制问题,提出了一种无源控制PBC(Passivity-Based Control)与PI控制级联的PBC-PI控制策略。建立了系统的端口受控哈密顿PCH(Port-Controlled Hamiltonian)模型,设计了系统的PBC控制器。考虑到系统参数扰... 详细信息

针对独立直流微电网的功率协调控制问题,提出了一种无源控制PBC(Passivity-Based Control)与PI控制级联的PBC-PI控制策略。建立了系统的端口受控哈密顿PCH(Port-Controlled Hamiltonian)模型,设计了系统的PBC控制器。考虑到系统参数扰动等原因,PBC控制器会在直流母线电压上产生稳态误差,为了消除这一稳态误差,改善闭环系统对于参数扰动的鲁棒性,设计了外环PI控制器调节直流母线电压。仿真结果表明,PBC-PI控制策略可合理调节微电网的功率平衡,稳定直流母线电压;并改善闭环系统对于参数扰动的鲁棒性。

关键词：独立直流微电网燃料电池超级电容无源控制 PI控制端口受控哈密顿鲁棒性

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磁悬浮系统的哈密顿建模和无源控制

电机与控制学报 2008年第4期12卷 464-467,472页

作者：张静武俊峰哈尔滨理工大学自动化学院黑龙江哈尔滨150080

针对磁悬浮系统非线性特点,采用端口受控哈密顿系统理论与无源性控制原理研究磁悬浮系统的建模和控制。将磁悬浮看作能量变换装置,从能量平衡角度推导出单自由度磁悬浮系统的端口受控哈密顿模型。在哈密顿结构基础上,引入结构互联和阻... 详细信息

针对磁悬浮系统非线性特点,采用端口受控哈密顿系统理论与无源性控制原理研究磁悬浮系统的建模和控制。将磁悬浮看作能量变换装置,从能量平衡角度推导出单自由度磁悬浮系统的端口受控哈密顿模型。在哈密顿结构基础上,引入结构互联和阻尼配置,给出闭环系统期望的哈密顿函数,设计了磁悬浮系统的无源控制器。设计中直接采用哈密顿函数作为存贮函数,保证了数学严密性,且使系统在满足无源性的条件下达到要求的性能,具有明确的物理意义。仿真结果表明,系统能够快速响应,并且对负载的变化具有很强的抗干扰性能。

关键词：磁悬浮系统端口受控哈密顿无源性