基于预测控制的非连续路段下移动机器人的轨迹跟踪

针对非连续路段下的轨迹跟踪问题,设计了基于观测型的预测控制器。首先建立了移动机器人的运动学模型,根据机器人的运动学模型得出了其位姿误差微分方程;然后在轨迹跟踪问题的基础上,设计了系统的观测模型,通过将预测控制器与系统的观测模型结合,设计了观测型预测控制器;最后再MATLAB环境下,利用本文所设计的控制器对移动机器人在非连续路段下的轨迹跟踪问题进行仿真,并将仿真结果与PID控制器控制的仿真结果进行对比,由仿真结果可以看出,本文所设计的控制器具有很好的鲁棒性、快速性及稳定性,可适用于移动机器人的轨迹跟踪的研究。     

智能分区PID控制算法在电动缸伺服系统中的研究

针对电动缸伺服系统中的非线性环节,本文采用带线性补偿的分区二级前馈PID控制算法。首先建立电动缸伺服系统的仿真模型,并采用单组控制参数的二级前馈PID控制算法,通过仿真发现系统存在着抖动、精度较低的问题。然后提出了具有线性补偿的分区二级前馈PID控制算法,改进了相应的控制器结构并实现控制器的数字离散化。最后通过线性补偿的方法整定实际系统在各分区的控制参数,计算出相应的控制量。对比分析实际系统的稳态误差,发现智能分区PID控制器在电动缸伺服系统中能够取得更好的控制效果。     

一种三相三线与三相四线自适应电能表的设计

针对合成孔径雷达（SAR）清晰成像的特点,为保证雷达天线波束指向稳定,设计了某型机载雷达天线稳定平台。为了消除雷达天线稳定平台控制中存在的非线性及不确定性因素的影响,提出了一种应用于雷达天线稳定平台控制系统的模糊PID控制策略。稳定平台是依据陀螺仪所采集载机的角速度,运用反向运动补偿的原理进行工作。控制策略中,在传统PID控制的基础上引入模糊控制算法,根据跟踪误差信号动态改变PID控制器参数,改善稳定平台的控制效果,完成稳定平台控制器的优化设计。仿真结果表明,优化后的模糊PID控制算法与传统PID控制算法比较,在稳定平台转速控制方面受到的外部干扰影响更小,响应速度更快。因此,基于模糊PID控制算法的雷达天线稳定平台具有更高的稳定性能。     

双机系统的模糊PID自适应励磁调节控制

针对多机并联系统的稳定性控制问题,在构建同步发电机双机并联运行系统暂态仿真模型的基础上,将基于模糊理论的PID自适应控制方法用于双机并联运行系统的励磁调节自适应控制器的设计;该方法以电压的偏差和变化率作为控制器的输入,然后通过模糊处理,对比例、积分、微分系数进行自适应实时调整;在不同运行模式下对双机并联运行系统进行了仿真与动态性能分析,结果表明所设计的模糊PID自适应控制算法较传统的PID励磁控制具有更好的鲁棒性和抗干扰能力。     

雷达天线稳定平台的模糊PID控制设计

针对合成孔径雷达(SAR)清晰成像的特点,为保证雷达天线波束指向稳定,设计了某型机载雷达天线稳定平台;为了消除雷达天线稳定平台控制中存在的非线性及不确定性因素的影响,提出了一种应用于雷达天线稳定平台控制系统的模糊PID控制策略;稳定平台是依据陀螺仪所采集载机的角速度,运用反向运动补偿的原理进行工作;控制策略中,在传统PID控制的基础上引入模糊控制算法,根据跟踪误差信号动态改变PID控制器参数,改善稳定平台的控制效果,完成稳定平台控制器的优化设计;仿真结果表明,优化后的模糊PID控制算法与传统PID控制算法比较,在稳定平台转速控制方面受到的外部干扰影响更小,响应速度更快;因此,基于模糊PID控制算法的雷达天线稳定平台具有更高的稳定性能。     

非完整约束移动机器人的轨迹跟踪控制

针对非完整约束移动机器人运动学与动力学模型,根据轨迹跟踪控制目标的需要,设计了一种简单的控制器,该控制器结合了运动学控制器设和动力学控制器两部分;针对运动学模型,采用自适应算法对其未知参数进行估计,针对系统动力学模型,采用单层神经网络算法克服未知扰动对系统稳定性的影响,使速度误差尽可能地缩小;在Lyapunov稳定性理论的基础上证明了系统的收敛性和稳定性,该控制算法简单有效,易于实现;仿真结果表明:该控制策略可以实现对移动机器人期望轨迹的稳定跟踪,验证了算法的有效性。     

基于自抗扰技术的无人机自主避障研究

摘要：随着无人机民用化的持续加速, 其应用场景越来越复杂, 自主避障技术成为拓宽应用领域的技术瓶颈. 自主避障技术的突破, 无疑成为无人机更大规模应用必要条件. 自抗扰控制器技术, 是发扬PID控制技术的精髓并吸取现代控制理论思想归纳探索而来. 自抗扰控制器具有的不依赖被控对象精确模型、算法简单、参数易于调节的特点, 使其适合作为无人机自主避障的控制算法来应用. 针对无人机避障中位置给定阶跃信号幅值较大且幅值不定的情况, 传统PID控制器快速性不能很好满足要求且需要重复调节参数, 而自抗扰控制器则具有更好的鲁棒性. 为了更好的实现无人机自主避障, 设计了基于自抗扰控制器的外环位置控制器, 对基于自抗扰的无人机自主避障系统进行仿真和实验研究, 并与传统双环PID控制器进行对比分析, 结果证明外环控制器采用自抗扰控制器的无人机自主避障系统的可行性.     

模糊PID控制下移动机器人定位方法研究

机器人定位研究一直是机器人学研究的重点,但目前机器人定位方法都存在缺点,抗干扰能力差,不能做到准确定位,主要是由于环境等多方面因素的干扰,定位误差会逐渐加大。由于上述原因,提出了一种基于设定值加权模糊PID控制的移动机器人自定位方法。给出了定位过程的参数,为机器人移动建立模型,设计一种模糊 PID 控制器,根据误差及变化率大小,选择模糊定位或PID定位,实现移动机器人的智能定位,提高机器人定位准确的准确性。通过仿真实验结果证明：模糊PID控制的机器人自定位方法对移动机器人的定位过程有较好的改善作用,实用效果较好。     

PID数字控制器多指标优化模拟设计方法研究

建立PID数字控制器多指标统一优化模拟设计方法;用SIMULINK仿真研究数字PID控制对模拟PID控制的复现能力和PID计算机控制系统的阶跃响应,用MATLAB仿真筛选PID参数的优化组合值;提出并建立了一种新的PID数字控制器多指标优化模拟设计方法,包括:PID初值确定方法、模拟PID优化参数MATLAB筛选方案和软件流程图、模拟PID参数转换数字PID参数的方法、SIMULINK仿真验证设计结果的有效性的方法等;研究表明,该方法可用于1～5ms采样周期的PID数字控制器多指标优化模拟设计,且能独立使用、无需PID经验数据和其它设计/整定方法;提供了4个代表性的实例设计,验证了该方法的有效性。     

倾转定翼无人机姿态控制系统设计

所研究对象为四旋翼倾转定翼无人机（Quad Tilt Wing-Unmanned Aerial Vehicle, QTW-UAV）,首先对QTW-UAV的直升机模式进行动力学特性分析,建立其滚转运动数学模型,然后设计了基于模型参考的PID自适应控制器,在传统PID控制方法的基础上融合自适应控制算法,给出PID参数自整定率,实现了QTW-UAV姿态角的自适应控制。仿真结果表明,设计的控制器具有良好的稳态和跟踪性能,实现了QTW-UAV姿态稳定控制。     

多移动机器人轨迹跟踪控制系统设计与实现

针对轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题,在分析了机器人运动学模型的基础上,构建多机器人的领航-追随模型。采用跟踪微分器在输入输出两端安排过渡过程,设计了一种基于多变量解耦的非线性PID轨迹跟踪控制器。搭建以Arduino Mega 1280控制板为核心的移动机器人实验平台,采用速度PID控制器以满足机器人驱动电机的实时调速要求,基于ROS提出一种结构化和模块化的多机器人控制系统。在此基础上进行实验,并将实验结果与传统PID方法控制的实验结果进行对比。实验结果验证了本文所提算法的有效性,控制器易于实现且具有一定的鲁棒性。     

多路高精度机器人控制器软硬件设计及优化

为实现多路高精度伺服电机驱动控制,设计了由软件和硬件组成的机器人控制器系统。控制器包括ATMEGA8微处理器搭配74HC595的硬件结构和冒泡算法两部分,可以产生多达32路的PWM信号,但测试结果显示输出信号精度不高。为进一步提高PWM控制信号的输出精度,将软硬件进行了优化,设计了以STM32微处理器为核心采用定时器分时算法的控制器。该控制器利用4个定时器并行输出多达32路的高精度PWM信号,在机器人和自动控制领域有很好的应用前景。     

液压驱动型四足机器人电液伺服控制系统仿真建模与实验分析

复杂的作业环境和艰巨的作业任务使液压驱动型四足机器人对其伺服系统的精度、速度和力量均比一般机器人在普通情况下有更高的要求。为掌握液压驱动型四足机器人在多种路况下行走时各液压缸的受力情况以及液压系统内流量、压力的变化情况,需要对其虚拟样机进行机械动力系统和液压伺服系统的联合仿真,定性分析电液伺服系统位置、速度等被控对象的特性,并分析PID控制器在四足机器人伺服控制方面的特性与不足。针对传统控制算法在四足机器人控制存在的短板问题,设计了一种非对称前馈补偿模糊自适应PID算法,并利用物理样机进行了实际验证。实验结果为四足机器人电液伺服控制系统硬件、软件和控制算法的设计与优化指明了方向,还为研究四足机器人平稳步态控制策略提供了决策依据和数据支持。     

基于嵌入式系统的搬运机器人设计与路径规划研究

为了解决目前工业搬运机器人发展的需求问题,设计了一款基于嵌入式系统的搬运机器人。该型搬运机器人的循线采用的是一种七路灰度传感器,并通过设计的一种蓝牙模块将灰度信息发送到手机端,从而简化了循线时的调试,具有创新性。搬运机器人前端安装有颜色传感器用以区分不同种类的物料。电机控制部分设计了一个PID闭环控制系统,通过PWM脉冲宽度调节来控制电机的转速。然后,针对模拟场地提出了一种路径规划算法,并通过设计的搬运机器人进行了实验测试与分析,验证了该方法的准确性和有效性。     

考虑运动受限的履带式移动机器人轨迹跟踪控制

针对履带式移动机器人的轨迹跟踪控制问题进行研究,首先,建立了履带式移动机器人的运动学模型和跟踪误差模型；其次,设计了转速有限时间控制和线速度滑模控制的轨迹跟踪控制律,并给出了考虑运动受限作用下的控制律修正表达式；最后,基于MATLAB对所提控制律进行仿真,对比分析了不考虑运动受限情况下跟踪控制效果;结果表明,设计的跟踪控制律能够实现履带式移动机器人对圆轨迹的有效跟踪,且考虑运动受限作用的控制律更加符合实际;文章研究分析了运动受限作用对于移动机器人轨迹跟踪控制的影响,分析结果对其他移动机器人的运动控制研究具有参考价值。     

Fractional-order optimal fuzzy control for network delay

Fuzzy logic control has been used frequently in tuning network control system (NCS) due to its on-line dynamic static non-linear match and several remarkable fractional-order controllers have achieved satisfactory control performance when applied to NCS in present years, therefore, in this paper, a novel fractional fuzzy logic controller which combined the fractional algorithm and fuzzy logic control together has been proposed to deal with fixed and random network induced delays in closed-loop feedback systems. The comparisons of set-point tracking performances of fractional fuzzy logic PID controller (FFuzzyPID), conventional fuzzy logic PID controller(FuzzyPID), fractional optimal PID controller (FOPID), and optimal PID controller(OPID) on a representative plant with fixed and random network delays have been shown with simulations. The simulation results indicate that fractional fuzzy logic controller has higher capability to handle network delays compared with other controllers in most cases.     

基于模糊PID的助行机器人调速系统的研究

助行机器人对系统的动态特性要求较高,而且在其爬楼的过程中有诸多不确定的因素,基于传统控制策略的单闭环负反馈控制系统调速效果难以令人满意。在这种情况下建立了系统的数学模型,设计了基于模糊PID的双闭环调速控制系统,并和传统的PID控制进行了对比。为了保证助行机器人爬楼过程的平稳性和乘坐者的舒适性,参考电梯运行的速度曲线,设计了正弦速度给定曲线。仿真结果表明：在助行机器人调速系统中,模糊PID控制比传统PID控制启动和制动过程更平稳,舒适性更高,误差更小,精度更高。