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基于预设性能函数的机械臂快速无超调拟人运动控制算法 被引量：5
1
作者 赵京 王炎 陈雨青 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期42-50,共9页
为保证机械臂在与人互动过程中的安全性,实现无超调的快速响应,文中对传统PID控制进行改进,引入预设性能控制,提出了一种机械臂快速无超调拟人运动控制算法.该算法以PID控制为基础,利用预设性能控制令控制误差的收敛速度及超调量满足预... 为保证机械臂在与人互动过程中的安全性,实现无超调的快速响应,文中对传统PID控制进行改进,引入预设性能控制,提出了一种机械臂快速无超调拟人运动控制算法.该算法以PID控制为基础,利用预设性能控制令控制误差的收敛速度及超调量满足预先设定的条件,同时把控制误差收敛到一个预先指定的比较小的区域内,从而实现对系统稳态及动态性能(包括超调量和收敛速度等)的控制.空间三关节机械臂的仿真分析表明,所提出的预设性能PID控制与传统PID控制相比,具有响应快、无超调等优点,比较适合机械臂的拟人运动控制.文中最后通过四自由度Dobot机械臂的样机实验分析验证了所提算法的有效性. 展开更多
关键词 机械臂 预设性能函数 拟人运动控制 PID控制 快速无超调响应
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机械臂角度/角速度收敛性能预设的固定时间控制
2
作者 殷春武 徐琳 刘国浩 《探测与控制学报》 北大核心 2025年第2期119-126,共8页
针对具有非线性特性和不确定性的机械臂轨迹跟踪控制问题,提出一种角度和角速度跟踪误差瞬态性能可预设、系统状态变量上界可预估的固定时间反演自适应控制方法。首先,构建跟踪误差与性能约束函数的比值变量,并基于该比值变量构建Lyapu... 针对具有非线性特性和不确定性的机械臂轨迹跟踪控制问题,提出一种角度和角速度跟踪误差瞬态性能可预设、系统状态变量上界可预估的固定时间反演自适应控制方法。首先,构建跟踪误差与性能约束函数的比值变量,并基于该比值变量构建Lyapunov函数,避免非线性约束向无约束变量的转换,简化控制器结构;其次,设计自适应律在线估计系统的不确定项,给出一种固定时间收敛的控制器,使得角度/角速度跟踪误差按照预先设定的性能函数收敛,在加快误差收敛速度的同时保证了轨迹跟踪精度和瞬态性能;然后,Lyapunov理论证明了闭环系统的跟踪误差在固定时间内收敛,且固定收敛时间上界与初始状态无关,并给出预估角度/角速度和控制输入上界的计算方法;最后,数值仿真验证二自由度机械臂轨迹跟踪控制问题。结果表明,所提出的控制器可保证机械臂的角度/角速度跟踪误差按照预设性能函数约束,在固定时间内收敛,具有良好的瞬态性能和跟踪精度。 展开更多
关键词 机械臂 预设性能函数 固定时间控制 反演控制 自适应控制
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基于双积分鲁棒的多自由度液压机械臂预设性能控制
3
作者 郑玉艳 米君杰 沈刚 《液压与气动》 北大核心 2025年第6期102-111,共10页
多自由度液压机械臂存在关节耦合特性强、动力学模型误差大等突出问题,导致控制性能易降级。为实现高精度位姿控制,提出了一种双积分鲁棒预设性能控制器,基于预设性能函数得到转换误差信号,同时限制误差收敛的速率与范围,结合反步法设... 多自由度液压机械臂存在关节耦合特性强、动力学模型误差大等突出问题,导致控制性能易降级。为实现高精度位姿控制,提出了一种双积分鲁棒预设性能控制器,基于预设性能函数得到转换误差信号,同时限制误差收敛的速率与范围,结合反步法设计双积分鲁棒控制器,使匹配与不匹配不确定性得到抑制,提升系统鲁棒性。结合Lyapunov稳定性理论证明系统是半全局稳定的,且所有信号均有界。结果表明,该控制策略显著提升了多自由度液压机械臂关节跟踪精度与误差收敛速率,充分验证了该控制策略的有效性。 展开更多
关键词 液压机械臂 积分鲁棒控制 预设性能函数 电液伺服系统
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基于预设性能转台伺服系统的参数估计和自适应控制 被引量：7
4
作者 王树波 任雪梅 +1 位作者 李斯琪 孙紫梅 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期193-197,共5页
针对含参数未知和非线性摩擦动态的转台伺服系统,提出了一种基于预设性能函数的参数估计和自适应控制方法.利用一种连续的摩擦模型表示转台伺服系统的摩擦动态,引入高阶神经网络对其进行逼近.通过构造一种滤波辅助变量获取参数估计误差... 针对含参数未知和非线性摩擦动态的转台伺服系统,提出了一种基于预设性能函数的参数估计和自适应控制方法.利用一种连续的摩擦模型表示转台伺服系统的摩擦动态,引入高阶神经网络对其进行逼近.通过构造一种滤波辅助变量获取参数估计误差信息,并将估计误差信息作为参数自适应律的遗漏因子,保证估计值能够快速收敛到真实值.为了提高转台伺服系统的瞬态响应和稳态性能,利用预设性能函数将原始系统的跟踪误差转换为一个新的误差动态,在此基础上设计自适应控制器,实现对期望轨迹的精确跟踪.仿真结果验证了本文所提算法的有效性. 展开更多
关键词 转台伺服系统 预设性能函数 参数估计 自适应控制
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预设性能控制算法对机械臂运动控制的改进 被引量：15
5
作者 赵京 王炎 陈雨青 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期140-147,共8页
PD控制是在工业生产过程控制中,应用比较广泛,结构最简单的控制策略之一。传统的PD控制侧重于控制系统的稳态性能,而对系统的动态性能(包括超调量和收敛速度等)控制不够,如果想要提高响应速度就会使超调量变大,加剧响应振荡;如果想要超... PD控制是在工业生产过程控制中,应用比较广泛,结构最简单的控制策略之一。传统的PD控制侧重于控制系统的稳态性能,而对系统的动态性能(包括超调量和收敛速度等)控制不够,如果想要提高响应速度就会使超调量变大,加剧响应振荡;如果想要超调量小,可能又会使响应速度变慢。响应速度与超调量似乎是一对比较矛盾的性能参数,单纯使用传统的PD控制,很难做到提高响应速度的同时降低超调量。所谓预设性能控制,指的是控制误差的收敛速度及超调量满足预先设定的条件,同时把控制误差收敛到一个预先指定的比较小的区域内。本文将PD控制与预设性能控制相结合,利用简单的PD控制结构和以对数形式误差变换为基础的预设性能函数来设计机械臂运动控制器,该控制器在设计的过程中可以预先设定稳态误差,而不像传统的PD控制器要通过多次的参数整定及调试后才能逐步减少控制误差。因此,本文提出的控制算法设计过程较简洁方便,具有较精确的控制精度和较快的响应速度,同时还能把超调量控制在合理的范围内。通过空间三关节机械臂的建模仿真分析,改进后的预设性能PD控制与传统PD控制相比,响应速度提高了40%左右,超调量减少了10%左右。通过4自由度Dobot机械臂的样机实验分析,改进后的预设性能PD控制与传统PD控制相比较,响应速度提高了20%左右,超调量减少了5%左右,因此该算法对控制系统动态响应性能的改善是比较明显的。 展开更多
关键词 机械臂 预设性能函数 运动控制 PD控制
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未知扰动下的无人水面艇有限时间动态预设性能控制 被引量：1
6
作者 赵杰 蔡成涛 乔人杰 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2023年第4期849-857,共9页
本文提出了一种具有动态预设性能的有限时间控制方案,用于解决具有不确定动态和未知时变海洋环境扰动的无人水面艇(unmanned surface vehicles,USVs)的轨迹跟踪问题。传统预设性能采用静态预设性能函数,当外部扰动较大时,跟踪误差有超... 本文提出了一种具有动态预设性能的有限时间控制方案,用于解决具有不确定动态和未知时变海洋环境扰动的无人水面艇(unmanned surface vehicles,USVs)的轨迹跟踪问题。传统预设性能采用静态预设性能函数,当外部扰动较大时,跟踪误差有超出预设性能边界的风险。本文设计一种新型的动态预设性能函数,使得USVs跟踪误差始终保持在预设的边界内;基于齐次积分滑模面、有限时间扩张状态观测器和超螺旋积分滑模控制,提出了一种有限时间控制算法。该算法可以实现跟踪误差快速收敛和有界扰动连续补偿,提高了系统鲁棒性并削弱了滑模抖振现象。理论分析证明了USVs闭环系统的全局有限时间稳定性,仿真及比较结果验证了所设计控制方案的有效性和优越性。 展开更多
关键词 水面无人艇 预设性能 动态预设性能函数 轨迹跟踪 有限时间 扩张状态观测器 超螺旋积分滑模 抗扰动
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面向性能增强的双惯量伺服系统状态反馈控制
7
作者 王树波 那靖 任雪梅 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期904-912,共9页
为避免使用函数逼近器(神经网络或模糊系统),并提高双惯量伺服系统的瞬态响应和稳态性能,针对含外部扰动的双惯量伺服系统,提出一种基于预设性能函数(Prescribed performance function,PPF)的类比例状态反馈控制策略.首先,提出一种改进... 为避免使用函数逼近器(神经网络或模糊系统),并提高双惯量伺服系统的瞬态响应和稳态性能,针对含外部扰动的双惯量伺服系统,提出一种基于预设性能函数(Prescribed performance function,PPF)的类比例状态反馈控制策略.首先,提出一种改进的带有最大超调、收敛速率以及稳态误差的预设性能函数,并将该函数融入控制器设计使二惯量伺服的跟踪误差保持在预定的边界之内.其次,基于预设性能函数设计了类比例状态反馈控制器实现跟踪控制.与传统基于函数逼近控制方法相比较,该方法可降低控制系统计算复杂度同时消除反演控制中存在的复杂度爆炸问题.最后,利用双惯量伺服系统实验平台开展了对比实验,验证了所提出方法的有效性. 展开更多
关键词 双惯量伺服系统 状态反馈 预设性能函数 函数逼近器
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改进NDO的板球系统自适应滑模抗扰控制
8
作者 杨立炜 李萍 +1 位作者 夏国锋 王涛 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第S01期1169-1173,共5页
为解决板球系统因受到外部负载扰动、摩擦力、交叉耦合干扰等不确定性扰动而跟踪精度不高的问题,提出一种基于改进的非线性干扰观测器(NDO)和非线性信息增益滑模控制策略。利用预设性能函数(PPF)对误差的变换技术,将误差限定在规定范围... 为解决板球系统因受到外部负载扰动、摩擦力、交叉耦合干扰等不确定性扰动而跟踪精度不高的问题,提出一种基于改进的非线性干扰观测器(NDO)和非线性信息增益滑模控制策略。利用预设性能函数(PPF)对误差的变换技术,将误差限定在规定范围内,建立改进的NDO来估计不确定性扰动。运用精确的估计值来设计滑模控制器,滑模面包含一个修正项,可以降低扰动的影响,从而提高控制精度,并采用非线性信息增益设计自适应切换项增益,降低抖振的影响。最后,仿真表明改进的NDO能有效地估计扰动,改善了动态品质,所提控制方案提高了传统的NDO的控制精度和抗扰能力。 展开更多
关键词 板球系统 预设性能函数 非线性干扰观测器 不确定性扰动 滑模控制
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含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统滑模控制算法 被引量：5
9
作者 朱斌 孙瑞胜 +2 位作者 陈洁卿 陈伟 严大卫 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期862-870,共9页
针对含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统控制问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进滑模控制(SMC)方案.本文首先利用扩张状态观测器,将原系统转变为一个包含干扰的二阶积分级联系统,使含有未知动态的非仿射系统控制器设计问... 针对含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统控制问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进滑模控制(SMC)方案.本文首先利用扩张状态观测器,将原系统转变为一个包含干扰的二阶积分级联系统,使含有未知动态的非仿射系统控制器设计问题转化为二阶积分级联系统的控制器设计问题,从而使得控制器在设计过程中不需要对对象模型完全已知.为了改善ESO的瞬态性能,提出了一种含有预设性能函数(PPF)的改进ESO,利用PPF对估计误差进行约束,抑制ESO收敛过程中的振荡和超调.其次,提出了一种带有修正项的改进滑模面,在降低ESO估计误差所带来的非匹配干扰影响的同时,也提高控制系统的收敛速度和跟踪精度.仿真算例表明,所提的改进ESO能够更快收敛,振荡次数显著减少,改进的滑模控制能够处理非匹配干扰的影响,并获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度. 展开更多
关键词 非仿射系统 非匹配干扰 预设性能函数(PPF) 扩张状态观测器(ESO) 滑模控制(SMC)
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带不对称约束的轮式机器人固定时间控制
10
作者 古宜翔 王梓安 +2 位作者 李嘉豪 唐睿智 张春良 《机床与液压》 2025年第8期28-38,共11页
针对一类轮式移动机器人系统存在不对称状态约束、通信资源有限等问题,提出一种固定时间自适应预设性能跟踪控制方法。建立轮式机器人系统模型,并构建了相应的轨迹跟踪误差模型。引入预设性能函数,并进一步构造了非线性转换函数,将误差... 针对一类轮式移动机器人系统存在不对称状态约束、通信资源有限等问题,提出一种固定时间自适应预设性能跟踪控制方法。建立轮式机器人系统模型,并构建了相应的轨迹跟踪误差模型。引入预设性能函数,并进一步构造了非线性转换函数,将误差限制在预定收敛范围内,从而提高系统收敛性能,使其具备良好的暂态和稳态特性。然后,基于反步法推导,建立了不对称障碍李雅普诺夫函数并设计相应固定时间控制律,保证跟踪误差在给定时间内收敛。在此基础上,在控制器-执行器通信通道中引入具有相对阈值的事件触发机制,在确保控制性能的前提下,有效节省了通信资源,缓解通信压力。所提控制策略能够确保受控机器人在执行任务时,目标机器人始终处于可视范围内,且不会与目标机器人发生碰撞。最后,通过仿真验证了该控制方法的有效性。 展开更多
关键词 轮式机器人 不对称约束 事件触发机制 固定时间控制 预设性能函数
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