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基于lugre摩擦模型的机械臂模糊神经网络控制

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控制与决策 2014年第6期29卷 1097-1102页

作者：徐智浩李胜张瑞雷陈庆伟侯保林南京理工大学自动化学院南京210094 南京理工大学机械工程学院南京210094

针对未知摩擦非线性会使机械臂控制精度难以提高的缺陷,建立基于动态lugre摩擦的机械臂模型.在系统参数未知和机械臂负载变化的情况下,设计一种自适应模糊神经网络控制器,采用基函数中心和宽度均自适应变化的模糊神经网络补偿器,实现对... 详细信息

针对未知摩擦非线性会使机械臂控制精度难以提高的缺陷,建立基于动态lugre摩擦的机械臂模型.在系统参数未知和机械臂负载变化的情况下,设计一种自适应模糊神经网络控制器,采用基函数中心和宽度均自适应变化的模糊神经网络补偿器,实现对系统中包括lugre摩擦在内的非线性环节的逼近,并利用滑模控制项减小逼近误差.通过Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性,并通过仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.

关键词：机械臂 lugre摩擦模糊神经网络自适应控制

考虑lugre摩擦的伺服系统自适应模糊控制

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控制与决策 2013年第8期28卷 1253-1256页

作者：杜仁慧吴益飞陈威陈庆伟南京理工大学自动化学院南京210094

针对摩擦非线性的存在会使伺服系统控制精度难以提高的问题,建立了考虑动态lugre摩擦的伺服系统数学模型,在系统参数和负载转矩未知的情况下设计了自适应模糊控制器,用自适应模糊逻辑系统在线逼近包含lugre摩擦在内的非线性环节,从而实... 详细信息

针对摩擦非线性的存在会使伺服系统控制精度难以提高的问题,建立了考虑动态lugre摩擦的伺服系统数学模型,在系统参数和负载转矩未知的情况下设计了自适应模糊控制器,用自适应模糊逻辑系统在线逼近包含lugre摩擦在内的非线性环节,从而实现了伺服系统商精度的位置跟踪.利用Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性.仿真结果表明,该控制器能有效地补偿摩擦非线性的影响,并对负载转矩变化具有较强的鲁棒性.

关键词： lugre摩擦伺服系统模糊控制自适应控制位置跟踪

驱动系统摩擦扰动的模糊平方项自适应滑模控制

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西安交通大学学报 2023年第3期57卷 97-105页

作者：林子豪方成刚杨贵超高伟峰陈昕南京工业大学机械与动力工程学院南京211816 南京工业大学江苏省工业装备数字制造及控制技术重点实验室南京210000

为了提高滚珠丝杠系统的运动精度同时减少能耗,提出了一种新的模糊平方项自适应滑模控制方法,可以在降低能耗的同时有效提高滚珠丝杠系统的运动精度。采用集中质量模型建立滚珠丝杠动力学模型,同时引入lugre摩擦模型,估计摩擦力。所提... 详细信息

为了提高滚珠丝杠系统的运动精度同时减少能耗,提出了一种新的模糊平方项自适应滑模控制方法,可以在降低能耗的同时有效提高滚珠丝杠系统的运动精度。采用集中质量模型建立滚珠丝杠动力学模型,同时引入lugre摩擦模型,估计摩擦力。所提出的自适应方法可以在非线性滑模面的趋近和滑动阶段根据误差平方项的变化来自动调节控制增益,设计了对应的边界层厚度模糊推理系统,在提高信号输出、减轻颤振和实现精确跟踪的同时减少高增益带来的能耗。实验数据显示,当使用设计的FASMC控制器时,最大跟踪误差为21.32μm,在工作台增加20 kg质量块和高速负载情况下,最大跟踪误差分别为22.15μm和24.97μm。与一阶滑模FOSMC控制器和其他自适应控制器的对比结果表明,所提出的控制策略可以有效提高跟踪精度和鲁棒性。

关键词：滑模控制滚珠丝杠系统自适应控制 lugre摩擦跟踪误差

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粘滑式惯性压电驱动器控制方法研究

粘滑式惯性压电驱动器控制方法研究

作者：董宜坤长春工业大学

学位级别：硕士

粘滑式惯性压电驱动器具有大行程、高精度和响应速度快等优点,被广泛应用于精密制造、生物医学和显微操作等领域,其定位控制技术是实现产业化应用的重要基础。本文以粘滑式惯性压电驱动器为研究对象,针对驱动器自身复杂的摩擦运动关系... 详细信息

粘滑式惯性压电驱动器具有大行程、高精度和响应速度快等优点,被广泛应用于精密制造、生物医学和显微操作等领域,其定位控制技术是实现产业化应用的重要基础。本文以粘滑式惯性压电驱动器为研究对象,针对驱动器自身复杂的摩擦运动关系、建模不精确以及不确定扰动引起定位控制精度大幅下降的问题,引入基于单神经元的自适应PID闭环控制策略,并提出基于扰动估计的无模型自适应控制方案,旨在通过优化控制器弥补负面因素对定位控制精度的影响。具体研究内容如下:(1)根据粘滑式惯性压电驱动器闭环控制原理,搭建基于硬件设备和测控软件的微定位系统。其中,硬件系统包括位移传感设备、数据采集设备、功率放大设备、驱动器样机、上位机等。软件系统通过Lab VIEW和MATLAB混合编程方式进行编写,实现人机交互、数据采集、控制算法调用、模拟驱动信号生成和过程数据保存等功能。对粘滑式惯性压电驱动器运动机理进行分析研究,在二阶弹簧阻尼系统的动力学方程基础上引入Lu Gre摩擦模型,描述驱动器输入与输出之间的摩擦运动关系,并采用MATLAB/Simulink对所建模型进行仿真验证。(2)针对粘滑式惯性压电驱动器使用磨损引起的摩擦系数改变,导致运动过程中始末位置变化时定位控制精度下降的问题,提出基于单神经元的自适应PID闭环控制策略。首先,研究关于幅值和频率的闭环控制原理,设置幅值和频率的控制输出阈值,提高控制器自适应能力,保证驱动器能够稳定、快速地实现高精度定位。进一步在建模研究和微定位系统平台基础上进行仿真和实验验证,通过与传统PID控制策略进行对比,证明所提控制策略的有效性。(3)针对粘滑式惯性压电驱动器建模困难、不确定扰动影响定位控制精度的问题,提出基于RBF神经网络扰动估计的无模型自适应复合控制器。首先,设计基于数据驱动的无模型自适应复合控制律,避免复杂的建模过程。在此基础上引入RBF神经网络扰动估计器,通过对广义不确定扰动的精确估计,弥补扰动对定位控制精度所带来的影响。利用极限理论证明控制器误差收敛以及输出有界,分析控制器的渐近稳定性。最后,为更好的验证控制策略的有效性,在微定位系统平台上进行测试实验,带有扰动估计器的无模型自适应复合控制器定位控制精度有明显提高。

关键词：压电驱动器 lugre摩擦自适应控制无模型数据驱动扰动估计

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漂浮基空间机械臂抗死区与摩擦的动态面控制

华中科技大学学报（自然科学版） 2018年第4期46卷 74-79页

作者：黄小琴陈力福州大学机械工程及自动化学院福建福州350116 福州大学福建省高端装备制造协同创新中心福建福州350116

针对存在关节力矩输出死区、摩擦与外部干扰的漂浮基空间机械臂系统,提出一种基于高斯模糊基的自适应动态面控制,使两关节铰能够跟踪期望运动轨迹.利用摩擦双观测器估计不可测的内部摩擦状态;设计动态面避免反演法带来的计算膨胀问题,... 详细信息

针对存在关节力矩输出死区、摩擦与外部干扰的漂浮基空间机械臂系统,提出一种基于高斯模糊基的自适应动态面控制,使两关节铰能够跟踪期望运动轨迹.利用摩擦双观测器估计不可测的内部摩擦状态;设计动态面避免反演法带来的计算膨胀问题,简化计算;应用模糊逻辑函数逼近包含死区误差与外部干扰在内的动力学不确定项,并采用自适应律调整高斯基权值矩阵和lugre摩擦参数.李雅普诺夫理论证明系统半全局最终一致有界.仿真结果为两关节铰的轨迹跟踪误差在仿真2 s之后均小于0.2°,表明控制方法有效.

关键词：漂浮基空间机械臂关节力矩输出死区 lugre摩擦动态面控制模糊控制

基于递归小脑神经网络模型控制的空间机器人关节抗死区及摩擦控制

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中国机械工程 2018年第2期29卷 211-217页

作者：黄小琴陈力福州大学机械工程及自动化学院福州350116 福州大学福建省高端装备制造协同创新中心福州350116

探讨了存在关节力矩输出死区、摩擦与外部干扰的载体位姿均不受控的漂浮基空间机器人系统的动力学控制问题。设计了一种递归小脑模型关节控制器(CMAC)神经网络与死区估计补偿器,使两关节铰能够跟踪期望运动轨迹。该控制器利用摩擦双观... 详细信息

探讨了存在关节力矩输出死区、摩擦与外部干扰的载体位姿均不受控的漂浮基空间机器人系统的动力学控制问题。设计了一种递归小脑模型关节控制器(CMAC)神经网络与死区估计补偿器,使两关节铰能够跟踪期望运动轨迹。该控制器利用摩擦双观测器估计不可测的内部摩擦状态,利用死区预补偿器消除关节力矩输出死区的影响;应用递归小脑神经网络模型逼近了包含摩擦误差及外部干扰的动力学方程不确定项。仿真结果表明了该控制方法的有效性。

关键词：空间机器人死区 lugre摩擦递归小脑神经网络模型控制

一类刚性负载双轴伺服系统的非线性观测器控制设计策略

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电机与控制应用 2023年第3期50卷 14-21页

作者：赵桂琛何建华章恩泽王保防青岛大学自动化学院山东青岛266071 扬州大学信息工程学院江苏扬州225009

提出了一种基于非线性观测器的命令滤波自适应反步控制(OCFABC)方法,以解决具有lugre摩擦模型的双轴伺服系统中的位置跟踪和速度同步问题。观测器用于系统摩擦补偿。命令滤波器作用于虚拟控制信号,解决反步法中的计算爆炸问题,建立误差... 详细信息

提出了一种基于非线性观测器的命令滤波自适应反步控制(OCFABC)方法,以解决具有lugre摩擦模型的双轴伺服系统中的位置跟踪和速度同步问题。观测器用于系统摩擦补偿。命令滤波器作用于虚拟控制信号,解决反步法中的计算爆炸问题,建立误差补偿方程,提高跟踪精度。此外,还设计了速度同步信号,以达到更好的系统同步效果。利用Lyapunov理论分析了闭环系统的稳定性。最后,通过仿真和试验结果证明了所设计方法的有效性和优越性。

关键词：命令滤波反步 lugre摩擦伺服系统非线性摩擦观测器

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柔性关节机器人高精度自适应反步法控制

信息与控制 2016年第1期45卷 1-7页

作者：王雪竹李洪谊王越超崔龙中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049

为实现多连杆柔性关节机器人的高精度运动控制,首先对其建立完整的动力学模型,包含了连杆和关节动力学的耦合项、Lu Gre动态摩擦模型和关节回差等因素.然后针对该模型设计带观测器的自适应反步法控制器,对不可测项进行在线估计和补偿.... 详细信息

为实现多连杆柔性关节机器人的高精度运动控制,首先对其建立完整的动力学模型,包含了连杆和关节动力学的耦合项、Lu Gre动态摩擦模型和关节回差等因素.然后针对该模型设计带观测器的自适应反步法控制器,对不可测项进行在线估计和补偿.理论分析证明了观测器的收敛性和闭环系统的稳定性.该方法在一个3DOF(degree of freedom)柔性关节机器人上进行仿真,仿真结果验证了观测器的有效性,并表明该控制器能够降低连杆跟踪误差,实现良好的轨迹跟踪效果.

关键词：柔性关节机器人反步法自适应控制观测器 lugre摩擦

基于自抗扰的机载光电平台扰动抑制技术与实验研究

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基于自抗扰的机载光电平台扰动抑制技术与实验研究

作者：宓俊丞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本课题来源于与某单位的合作项目,项目要求研制一种用于小型激光武器系统的机载光电平台。在光电平台的各项指标中,视轴稳定跟踪精度是最重要的一项指标,视轴稳定跟踪精度高利于相机对目标的跟踪,同时利于激光长时间聚焦,达到打击目的... 详细信息

本课题来源于与某单位的合作项目,项目要求研制一种用于小型激光武器系统的机载光电平台。在光电平台的各项指标中,视轴稳定跟踪精度是最重要的一项指标,视轴稳定跟踪精度高利于相机对目标的跟踪,同时利于激光长时间聚焦,达到打击目的。但是,在飞机飞行过程中,机载光电平台会受到很多种扰动包括飞机发动机的高频振动、飞机的姿态变化、风载力矩、偶发的冲击和来自机械结构及电气结构内部的扰动。上述扰动都会引起视轴颤动甚至偏离目标至无法继续跟踪,因此,如何处理这些扰动,提高光电平台的抗扰能力,是提高视轴稳定跟踪精度的关键,也是本课题的研究目标。为了研究提高光电平台抗扰动能力的方法,本文将扰动分为外部和内部扰动两部分,分别进行研究。首先对外部扰动进行研究,在外部扰动中影响较大的是飞机姿态变化对光电平台转轴的耦合扰动,经过对光电平台的驱动系统的动力学建模和计算,飞机姿态变化对光电平台转轴的耦合扰动可以被表示为两转轴上的扰动力矩。本文对这种扰动力矩对伺服系统的影响进行了定性和定量分析,便于后面进行控制系统设计时进行仿真。为了抑制耦合扰动力矩,本文设计了非线性和线性自抗扰控制器,并对两种控制器进行了仿真对比,在阶跃响应、正弦跟踪、抗突加扰动和抗持续耦合力矩扰动四种情况下,非线性自抗扰控制都表现出了优越的性能,其延迟低、动态性能好、稳态精度高、抗噪声能力强且鲁棒性极强,同时又对控制对象建模精度要求低,是作为本课题机载光电平台抗扰控制的最佳选择。光电平台的内部扰动主要就是包括轴承摩擦、滑环摩擦和密封结构摩擦等的摩擦力矩扰动。本文采用lugre摩擦力模型对摩擦力进行了建模,用遗传算法对摩擦力模型参数进行了辨识,用辨识得到的参数对非线性自抗扰控制器进行补偿,将部分已知模型嵌入状态扩张观测器,通过仿真分析,摩擦力矩补偿提高了伺服系统的控制效果。最后,通过实验对比传统PID三环控制、非线性自抗扰控制和带摩擦力矩补偿的自抗扰控制,三种控制方法的动态性能、稳态精度和抗扰能力。实验表明带摩擦力矩补偿的自抗扰控制性能优于其他两种方法。

关键词：光电平台自抗扰控制 lugre摩擦摩擦力补偿