Dynamic Modeling of Spatial Cooperation Between Dual-Arm Mobile Manipulators北大核心CSCD

移动机械臂进行空间协作时会产生复杂的非线性耦合,使得采用Lagrange方程或Newton-Euler法直接进行建模极为繁琐。针对双移动机械臂空间协作问题,提出了一种结合Udwadia-Kalaba (U-K)方法与Lagrange方程建立动力学模型的方法。在建模过程中,将负载简化为连杆,选择负载中心断开的方式对系统进行分解,从而避免了机械臂末端关节断开导致的末端关节转角与连杆转角的约束信息缺失问题;将分割形成的两个子系统通过Lagrange方程进行建模,得到了子系统的动力学模型;再将协作系统的固有几何关系通过约束形式引入,应用U-K方法得到了协作系统动力学模型,减少了建立动力学模型所需要的计算量;最后通过数值仿真验证了该方法所得到的动力学模型的准确性。     

一种基于奇异摄动理论的鲁棒自适应非仿射非线性控制方法

文章针对一类具有参数不确定性和未知扰动项的非仿射非线性系统,提出了一种基于奇异摄动理论的鲁棒自适应控制方法.首先,通过控制输入构建了一个快变子系统,为原系统引入时标分离特性,使闭环系统可以在快变和慢变时间尺度上分解为两个降阶子系统:边界层子系统和降阶慢变子系统.在快时间尺度上,通过设计边界层子系统的结构使其在平衡点处指数稳定;在慢时间尺度上,针对含有参数不确定性和未知扰动项的降阶慢变子系统设计鲁棒自适应控制器.根据奇异摄动理论,闭环系统的跟踪性能可由降阶慢变子系统近似.文章提出的控制方法同时考虑了参数不确定性和未知扰动项的影响,在不忽略非仿射结构的前提下实现控制目标,不依赖于原系统的时标分离特性,且避免了反步法中的“复杂性爆炸”问题.两组与参考文献控制方法的对比仿真结果验证了文章控制方法的有效性.     

区域约束环境下柔性关节机械臂的一致性控制

文章研究了柔性关节机械臂在区域约束条件下的一致性控制问题,提出了一种基于区域势函数约束环境下的柔性关节机械臂一致性控制算法,该算法能够有效控制柔性机械臂同步态的范围,无需计算最终的同步态,因而适用于实际多柔性关节机械臂区域内的协同控制和应用.进一步地,基于网络拓扑结构特征,给出了实现柔性关节机械臂区域可达一致性控制的充分条件.最后,文章给出了数值模拟以验证所提算法的有效性和正确性.     

基于遗传算法的串联机械臂运动学参数标定

对机械臂的连杆参数进行标定可以有效减小由运动学参数不准确引起的机械臂定位误差.文章提出一种基于遗传算法的机械臂关节参数标定方法.首先建立机械臂运动学模型和误差模型,得到关节变量误差的表达式.通过NDI三维动态位移测量系统检测机械臂末端执行器的真实位姿以及各个关节实际旋转角度,作为样本.构建遗传算法的适应度函数,采用遗传算法计算出各关节变量的误差.最后,将该误差用于补偿六自由度串联机械臂真实的连杆参数,多组实验数据证明应用标定后的连杆参数完成机械臂的定位控制可以有效提高机械臂的绝对定位精度.     

Lü系统的慢流形分析

主要讨论了L系统的慢流形,通过一个参数变换,将L系统视为快慢型自治动力系统,用几何奇异摄动的方法,借助于Fenichel第一定理得到了慢流形M_ε的表达式.在给定参数的情况下,用Matlab做出了该系统的轨线图及其一阶近似慢流形的图形.基于求得的慢流形,又对该系统的动力学行为进行了定性分析.     

移动机械臂的层级聚合建模方法研究

移动机械臂因机械臂在动态作业过程中的耦合效应会影响移动平台的运动特性，增加了整个系统的复杂度和非线性，给系统建模带来了极大挑战.为此提出了一种新的层级聚合建模方法.该方法依据分析力学中Udwadia-Kalaba(U-K)理论的层级属性，首先将移动机械臂划分为3个子系统，并分别利用Lagrange方程建立各自的无约束动力学模型，然后基于移动机械臂机械结构上的约束利用Udwadia-Kalaba基本方程(UKE)建立整体系统模型.此外，针对系统存在初始条件偏差的情况，利用基于Lyapunov稳定性理论来补偿初始条件偏差，以达到收敛理想轨迹的目的.仿真结果验证了该文所提出的建模方法的可行性.     

一类带有慢变参数的sine-Gordon方程的单脉冲异宿轨道

基于Fenichel的几何奇异摄动理论,结合Melnikov方法,该文研究一类带慢变参数的sine-Gordon方程单脉冲波前解的存在性.首先,基于几何奇异摄动理论进行快慢分离,获得层系统和退化系统及其动力学;接着,引入Melnikov函数度量慢流形的稳定和不稳定流形的横截相交性,获得Take-off和Touch-down曲线的解析式.控制Take-off和Touch-down曲线使之分别与两个慢流形上鞍点的不稳定和稳定流形横截相交,从而得到奇异异宿轨道的存在性.经摄动,在该奇异异宿轨附近可获得异宿于系统两个不同鞍点的异宿轨道的存在性,从而上述带慢变参数的sine-Gordon方程的单脉冲波前解的存在性可得.最后,考虑了一个具体的例子,验证理论结果的正确性.     

考虑执行器特性的机械臂全阶滑模控制

针对动力学模型中带有参数未知特性的机械臂位置和速度跟踪问题,提出一种新型的基于神经网络和全阶滑模的控制策略.该策略考虑了执行器的动力学特性,然后基于跟踪误差,建立了全阶滑模面,并利用径向基网络对模型未知特性进行逼近,进而设计鲁棒自适应控制律使得系统状态到达滑模面并沿滑模面收敛到平衡点.理论分析证明了所设计的控制策略可在克服抖振问题的同时保证闭环系统的渐近稳定性.二连杆机械臂系统的数值仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

一类奇异摄动边值问题的一致收敛迎风差分方法

对于一类奇异摄动边值问题,基于等分布弧长控制函数构建网格,提出了一种迎风差分方法.利用先验截断误差估计,基于离散比较原理和障碍函数技巧,证明了该方法得到的逼近解在最大模下是不依赖于摄动参数且一阶一致收敛的.收敛性分析是在整个区域上进行的,不需要对区域进行子区域的划分.为了验证理论分析,给出了数值实验结果.     

一类奇摄动系统奇异极限环的不变环面分支

对一类奇异摄动系统中由奇异极限环产生的不变环面分支进行了研究并利用不变环面的分支理论,讨论了由快系统的二重极限环和三重环分支出的不变环面的存在性.     

线性奇异摄动系统的降维观测器

对于带有慢变与快变模型的线性奇异摄动系统,J. O'Reilly讨论并给出了它的全阶观测器,该观测器的增益矩阵由相应的慢、快变子系统的全阶观测器的增益阵确定。 为了降低这一类补偿器的阶数,我们利用Luenberger的降维观测器理论,来构造奇     

基于T-S模型的奇异摄动系统的采样鲁棒H_∞控制

基于T-S模型,对基于采样数据的非线性奇异摄动系统的鲁棒H_∞控制问题进行研究.对于T-S模型中规则后件中的各个局部线性模型,利用"输入滞后"(input delay)方法,将基于采样数据的离散形式的控制律转化为带滞后的连续形式的控制律.在此控制律之下,局部闭环系统成为一个变时滞的连续奇异摄动系统.在对此闭环系统的稳定性和L_2增益特征进行分析的基础上,以LMI的形式给出了满足要求的控制律满足的条件.然后将各个局部线性模型的控制律利用模糊推理方法 "合成"为系统总的控制律.     

基于扩张状态观测器的轮式移动机器人抗饱和自适应滑模轨迹跟踪控制

针对带有输入饱和约束的轮式移动机器人鲁棒轨迹跟踪问题,文章提出一种抗饱和自适应滑模控制方法.考虑到系统参数摄动和外部扰动等不确定因素对系统控制性能的影响,首先设计非线性扩张状态观测器来估计系统不确定因素,并基于估计值设计抗饱和自适应滑模控制器,消除系统的参数摄动、外部扰动和输入饱和约束对系统控制性能的影响.仿真对比结果验证了文章所提控制方法的优越性和有效性.     

基于组合智能控制的柔性臂微机控制系统研究

针对难以控制的柔性机械臂，设计了强鲁棒性、强自适应能力的模糊滑模控制策略；并针对控制对象与控制算法的复杂性，设计了基于DSP＋FPGA的控制系统，保证了系统的实时性和精确度。     

奇摄动向量Robin问题的对角化方法

本文使用对角化的方法和技巧,把一个二阶的非线性系统变换成二个一阶的近似对角线的系统,获得奇异摄动类型的向量二阶非线性Robin问题解的存在性和渐近估计式.     

奇异双线性系统二次型微分博弈的鞍点均衡

研究了有限时间段内的奇异双线性二次型性能指标的鞍点均衡问题. 针对问题求解的复杂性,引入降阶变换将问题分解为快、慢两个子系统,然后利用极大值原理求得了系统的最优控制策略.最后给出了数值算例的仿真以验证算法的正确性和有效性.     

一类奇摄动系统奇异极限环的不变环面分支

对一类奇异摄动系统中由奇异极限环产生的不变环面分支进行了研究并利用不变环面的分支理论,讨论了由快系统的二重极限环和三重环分支出的不变环面的存在性．     

不确定时滞奇异系统的有限时间非脆弱保成本控制

针对一类在有限时间下的时滞奇异系统,考虑参数不确定性和有限外部扰动的影响,研究了其基于非脆弱状态反馈控制器的鲁棒保成本控制问题.分别对控制器增益具有加法式摄动和乘法式摄动研究了控制器的设计问题,并通过对闭环系统有限时间稳定且满足系统的成本函数具有上界的研究得到解决,控制器的设计可通过求解一组线性矩阵不等式得到,最后的数值算例说明了所给方法的有效性.     

二维非稳态对流扩散边界控制问题的简化算法

针对二维非稳态对流扩散边界控制问题计算量大的问题,提出了基于降阶模型的最优实时控制方法.利用POD(the Proper Orthogonal Decomposition)和奇异值分解以及Galerkin投影方法得到了具有高精度离散形式的状态空间降阶模型.在所得的降阶状态空间模型中,利用离散时间线性二次调节器方法设计出了最优控制器.对流-扩散过程的控制模拟结果说明了所提方法的有效性和准确性.     

分数阶复杂网络系统的滑模终端控制混沌同步

研究了两类复杂网络混沌系统的终端滑模控制问题,基于分数阶微积分,设计了分数阶非奇异终端滑模面和控制器,给出了严格的数学推理和证明过程,研究表明:适当的控制律下两类复杂网络混沌系统是终端滑模同步的.最后的仿真算例说明方法有效.