基于支持向量机的外骨骼机器人灵敏度放大控制

为了准确控制外骨骼机器人跟随人体运动,需要建立其动态、精确的数学模型;人体下肢外骨骼是一个多自由度、强耦合以及非线性的多连杆系统,难以建立准确的运动学和动力学模型;文章使用三维运动捕捉与空间定位系统,获取实际人体运动参数(运动学与动力学),应用支持向量机(SVM)学习人体下肢外骨骼的数学模型;基于该模型构造基于支持向量机模型的灵敏度放大控制方法;文章使用MATLAB和LIBSVM建立外骨骼下肢机器人的数学模型,并进行仿真分析;仿真结果表明基于SVM的模型学习方法,能够准确计算出人体下肢外骨骼的动力学模型,并简化建模过程;基于SVM的灵敏度放大控制,能够有效计算出人体下肢外骨骼各关节(髋关节、膝关节、踝关节)的输出力矩,并控制外骨骼机器人跟随人体运动。     

冗余自由度工业机器人模糊自适应PID控制研究

为提高汽车生产中涂胶工序的工作效率和空间利用率,改善机器人避障性能,设计了一款具有7自由度的冗余度工业涂胶机器人,并对其控制方法开展研究。针对现有PID控制方法应用于非线性时变的多自由度多刚体串联式开链系统时,控制效果有限、难以达到系统精度要求等问题,基于传统PID控制和模糊自适应控制算法,提出了一种带有重力补偿的模糊自适应PID混合控制方法。该方法在对冗余度工业机器人进行动力学分析的基础上,基于牛顿-欧拉分析法建立了冗余度机器人动力学模型,基于动力学分析设计了带有重力补偿的模糊自适应参数整定PID控制策略,建立了控制器模型,通过Matlab仿真实验表明,具有模糊自适应参数整定PID控制较有重力补偿的传统PID控制具有更好的控制效果。     

电路参数宽范围变化时电流控制开关变换器的动力学研究

以电流控制Buck—Boost变换器为例,通过对输入电压和负载电阻等电路参数宽范围变化时开关变换器的开关状态的完整描述,导出了电流控制开关变换器的两个电感电流边界,建立了它的精确离散时间模型,并利用分段线性模型验证了离散时间模型的正确性．基于离散时间模型,揭示了开关变换器存在周期分岔、边界碰撞分岔、鲁棒混沌和阵发混沌等复杂动力学行为;通过推演Jacobi矩阵,给出了电路参数变化时最大Lyapunov指数和特征值的运动轨迹;并采用参数空间映射图,由电路参数域对开关变换器的工作状态域进行了估计．最后进行了电路实验制作,实验观察结果与理论分析结果～致．本文系统研究了开关变换器的动力学理论,其分析方法和研究结果对开关变换器的设计及控制都具有重要的指导意义．     

基于神经网络的水下机器人力控策略研究

水下机器人抓取物体时,物体与指尖存在力控制问题,但是由于动力学模型、被抓取物体位置和刚度的不确定性,采用传统阻抗控制方法不具有鲁棒性,因此对基于位置的神经网络阻抗控制方法进行了研究,构建了基于位置的神经网络阻抗控制器,采用三层前向反馈神经网络构建补偿器结构,基于 BP算法和Delta学习规则,得到了反向传播的更新规则;该神经网络控制系统具有很强的自适应性,可以很好地完成机器手抓取物体的任务;在水下机器人单手指上分别对软性材料(泡沫)和硬性材料(木块)施加5N恒定力进行反复的实验,结果表明,该方法具有较好的补偿和控制效果,为水下机器人的准确抓握和合理操作奠定基础。     

插入式永磁低速同步电机非奇异终端滑模观测器设计

提出一种以d-q同步旋转坐标系下, 电流为观测对象的插入式永磁同步电机的非奇异高阶终端滑模观测器, 用来获得高性能矢量控制系统所必需的电机转子位置及速度信息. 采用非奇异终端滑模控制, 提高了观测器的动态响应速度及鲁棒性, 利用高阶滑模控制技术的特性, 有效地抑制了传统滑模控制的抖振现象. 同时给出了转速环及电流环调节器的参数设计方法, 转速环调节器采用积分反馈算法, 电流环调节器使用前馈解耦内模控制技术 ,参数在线调整简单. 将该算法应用到2 MW永磁同步低速电机无传感器控制系统中, 实验结果表明, 该方法能够准确计算出电机的位置和速度, 使系统具有良好的稳态精度和动态性能.     

BTT导弹基于扩张状态观测器的滑模控制律设计

针对BTT导弹非线性动力学模型中的参数不确定性及系统存在未知外部干扰的问题,提出了一种基于扩张状态观测器的滑模控制设计方法;将系统参数不确定性和未知外界干扰作为系统的复合干扰,采用扩张状态观测器估计系统的复合干扰,并实时补偿;利用Lyapunov方法证明系统的稳定性;该控制器算法简单、计算量小,更易于实际工程应用;仿真结果表明,设计的控制器对导弹控制系统受到的复合干扰具有较强的鲁棒性和稳定性,满足导弹姿态快速机动和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于滑模控制器。     

采用模糊逻辑修正的SRM滑模控制器设计

针对开关磁阻电动机输出转矩脉动问题,提出了一种基于模糊逻辑修正的滑模转矩脉动最小化控制方法;采用数学解析方法对有限元分析的电感数据进行处理,从而建立电机的非线性模型,并详细分析了转矩脉动机理;设计了基于滑模变结构的电机瞬时转矩控制器,并采用模糊逻辑修正模块对关断角进行实时补偿控制;仿真结果表明,与PI定角度控制及滑模控制相比,转矩脉动系数分别减小了24.7%和15.1%,提升了高转速时的电机动态性能。     

AlGaAs/InGaAs PHEMT栅电流参数退化模型研究

为定量研究在PHEMT栅电流退化过程中, 不同失效机理对应的参数退化时间常数及退化比例, 本文基于退化过程中物理化学反应中反应量浓度与反应速率的关系, 建立了PHEMT栅电流参数退化模型. 利用在线实验的方法获得PHEMT电学参数的退化规律, 分析参数随时间的退化规律, 得到不同时间段内影响栅电流退化的失效机理, 并基于栅电流参数退化模型, 得到了不同的失效机理对应的参数退化时间常数及退化比例. 关键词： PHEMT 栅电流 肖特基接触 退化模型     

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。     

基于信息融合的移动机器人目标识别与定位

针对单目摄像头工作的双足机器人的视觉定位问题,设计了一种视觉传感器与超声波传感器相结合的信息融合方法,进行目标的识别和定位。对拍摄的图像进行HSV颜色空间的阈值分割得到二值图像,并对其进行形态学滤波处理和Hu轮廓不变矩匹配,以此识别到目标和其重心点图像坐标;建立单目定位模型,用机器人自身的超声波传感器得到与目标物之间的距离,采用Zhang标定法得到摄像机参数,把这些已知数据带入坐标转换,得到目标物在世界坐标系下的坐标,实现定位。借助NAO机器人的平台,将基于信息融合的定位方法和一般单帧图像定位方法进行对比实验。实验结果表明上述方法的误差相对较小,且能得到目标物的三维信息,验证了该定位方法的实际可行性。     

Fuzzy auto-tuning PID control of multiple joint robot driven by ultrasonic motors

A three-joint robot is directly driven by ultrasonic motors with advantage of high torque at low speed. The speed of the ultrasonic motors is actually controlled by regulating their operating frequencies. The kinematic and kinetic analyses of the robot have been carried out using Adams. Due to the lack of accurate control model of ultrasonic motors and the time-varying motor parameters, a fuzzy auto-tuning proportional integral derivative (PID) controller for the robot is experimented, in which a simple method to tune parameters of the PID type fuzzy controller on-line is developed and a new position–speed feedback strategy is proposed and implemented. The effectiveness of the proposed control strategy and fuzzy logic controller is verified by experimental investigation.     

高精度光电跟踪系统中伺服稳定控制算法研究

针对光电跟踪稳定平台系统中载机振动、系统参数摄动、摩擦力矩及外部扰动等因素直接影响光电跟踪系统稳定精度的问题,从伺服控制器控制角度出发抑制跟踪系统中的偏差,提高稳定精度,保证其在复杂环境下仍具有强鲁棒性。通过建立光电跟踪稳定平台系统的数学模型,分析干扰力矩、陀螺噪声及系统参数的变化对光电稳定平台的影响,设计了基于新型非线性扩张观测器（novel nonlinear extended state observer,NNESO）和滑模变结构控制（sliding mode varianle structure control,SMVSC）的复合控制策略。理论推导和仿真实验结果表明:此种复合控制策略具备对干扰力矩、外界扰动和系统结构参数摄动的完全适应性和强鲁棒性,对比无新型非线性扩张观测器的控制系统,证明其拥有更高的稳定精度和更快的动态响应,在补偿非线性方面具有良好的效果,可增强光电跟踪稳定平台的抗扰动能力。     

基于逆模型的混合驱动水下滑翔机垂直面控制

混合驱动水下滑翔机（Hybrid-driven underwater gliders ,简称HDUGs)是集无人自治水下机器人（Automomous Underwater Vehicles ,简称 AUVs）和水下滑翔机（Autonomous Underwater Gliders,简称 AUGs）于一体的新型水下机器人。由于HDUGs是非线性、强耦合,且受到海流、结构不确定等因素的影响,为了克服这些问题,针对混合驱动水下机器人工作在混合模式下,对其垂直面提出了一种基于逆模型和滑模控制的非线性控制方法,该方法将原始系统解耦为两个单入单出的线性系统,仿真结果证明了该方法具有良好的控制性能,而且对外界扰动具有一定的鲁棒性。     

A novel TCF calibration method for robotic visual measurement system

An accurate TCF (tool control frame) model is essential for high-accuracy robot off-line programming. Meanwhile, TCF calibration is an important procedure for production recovery after robot collides in industrial field. This article proposes a novel TCF calibration method in robotic visual measurement system in which the robot TCF is defined based on the model of visual sensor and a standard sphere with known diameter is utilized as the calibration target. With the translational and rotational movements of the industrial robot, the visual senor measures the center of standard sphere from multiple different robot postures, TCF orientation and TCP position are determined in two steps. Robot off-line programming is performed based on the TCF calibration result, and robot collision is simulated on an ABB IRB2400 industrial robot. Experimental results have validated the effectiveness and efficiency of the standard sphere-based TCF calibration method, which could control the deviation of an identical featured point within 0.5 mm measured before and after collision recovery.     

补偿转向盘振动力矩的控制策略研究

在Matlab/Simulink中建立了电动助力转向系统动力学模型,根据路感信息与不平路面引起的振动干扰在频率上的区别,经过高通滤波检测出路面不平整产生的转向系统干扰力矩,通过助力电机提供相反大小的力矩对其进行补偿。针对路感信息与路面振动干扰在频率上区分界限的不固定性,设计了一种在线可调节滤波器截止频率的控制方法,避免对车辆路感信息正常传递的影响。仿真结果表明,所设计的补偿控制策略能够有效衰减不平路面干扰力矩到方向盘的传递。     

智能写字机器人设计

设计了一种两自由度写字机器人,可以很方便地完成在平面上的书写绘画任务。可以把在计算机输入的文字通过控制算法和硬件电路用步进电机带动写字笔在纸面自动地描写出来。上位机选用计算机作为主机,采用Arduino系统作为从机。在计算机上将输入的文字转换成坐标形式的G代码,在通过串口发送给下位机控制器,下位机控制器采用直线插补和圆弧形插补算法,输出控制脉冲和方向电平控制步进电机前进或者后退。步进电机是由脉冲控制的,每发来一个脉冲就前进一步,实现了对距离的精确控制。本设计可以拓展一轴,加入Z轴理论上可以实现3D打印功能,把写字笔换成雕刻刀或者是激光头可以雕刻立体作品,拓展功能丰富。     

偏瘫患者辅助下肢外骨骼设计与仿真分析

针对偏瘫患者外骨骼康复机器人降低外骨骼质量的要求,设计了一种辅助下肢外骨骼机器人,采用柔索驱动的膝关节,具有结构简单,质量轻的特点。同时利用ADAMS建立了外骨骼关节柔索驱动的动力学模型,绳索模块建立了柔索驱动模型,通过Ariel生物运动分析软件,采集髋、膝、踝关节运动数据,运用Spline函数进行了仿真分析。经过仿真分析柔索驱动在上台阶运动过程中的不同拉簧预紧力和拉簧刚度下传动特性和驱动力矩,为进一步研究设计下肢外骨骼提供依据。     

Disturbance rejection control for vibration suppression of piezoelectric laminated thin-walled structures

Thin-walled piezoelectric integrated smart structures are easily excited to vibrate by unknown disturbances. In order to design and simulate a control strategy, firstly, an electro-mechanically coupled dynamic finite element (FE) model of smart structures is developed based on first-order shear deformation (FOSD) hypothesis. Linear piezoelectric constitutive equations and the assumption of constant electric field through the thickness are considered. Based on the dynamic FE model, a disturbance rejection (DR) control with proportional-integral (PI) observer using step functions as the fictitious model of disturbances is developed for vibration suppression of smart structures. In order to achieve a better dynamic behavior of the fictitious model of disturbances, the PI observer is extended to generalized proportional-integral (GPI) observer, in which sine or polynomial functions can be used to represent disturbances resulting in better dynamics. Therefore the disturbances can be estimated either by PI or GPI observer, and then the estimated signals are fed back to the controller. The DR control is validated by various kinds of unknown disturbances, and compared with linear-quadratic regulator (LQR) control. The results illustrate that the vibrations are better suppressed by the proposed DR control.     

基于液体晃动干扰观测器的航天器混沌姿态H_∞控制

针对航天器受液体燃料晃动及内外周期性微小激励耦合影响产生混沌运动的问题,提出了基于神经网络干扰观测器的自适应H∞鲁棒控制方案,以实现充液航天器混沌姿态运动的消除与液体燃料晃动的抑制.基于神经网络的非线性逼近能力设计干扰观测器,自适应跟踪补偿液体晃动、参数不确定及外扰引起的耦合扰动,解决液体燃料晃动角速度及外扰不易直接测量的问题,提高控制器对系统不确定的自适应能力及液体晃动的抑制能力.同时考虑观测误差与模型不精确问题,利用H∞控制策略提高控制器的鲁棒性.通过与现有常用控制策略的对比仿真研究,验证了控制方案的有效性及优势.     

鲁棒PDF控制策略在永磁同步电机系统中的设计及仿真

对电机控制系统的经典反馈设计方案是建立在简化的受控对象模型基础之上,而实际模型参数的变化会引起控制系统性能的改变。本文针对实际应用的永磁同步电机,为了保证电机控制系统的强鲁棒性,通过对其系统灵敏度的理论推导,给出了一种新的控制器参数设计方法。该设计方法以系统灵敏度为评价指标来度量系统的鲁棒性,结合应用于二阶控制对象的伪微分反馈控制器结构,来削弱控制对象参数值的改变对控制系统性能的影响。并建立了精确的永磁同步电机仿真模型,将该方法应用于其速度控制。仿真结果表明在该控制方案下,在永磁同步电机的转动惯量和定子电阻值变化时具有较小超调量变化(小于4%)的响应特性。同时与普通PID控制对比分析,验证了用该方案设计的PMSM调速系统具有较高的抗参数变化的鲁棒性。