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Adaptive robust motion trajectory tracking control of pneumatic cylinders 被引量:4
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作者 孟德远 陶国良 朱笑丛 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第12期3445-3460,共16页
High-accuracy motion trajectory tracking control of a pneumatic cylinder driven by a proportional directional control valve was considered. A mathematical model of the system was developed firstly. Due to the time-var... High-accuracy motion trajectory tracking control of a pneumatic cylinder driven by a proportional directional control valve was considered. A mathematical model of the system was developed firstly. Due to the time-varying friction force in the cylinder, unmodeled dynamics, and unknown disturbances, there exist large extent of parametric uncertainties and rather severe uncertain nonlinearities in the pneumatic system. To deal with these uncertainties effectively, an adaptive robust controller was constructed in this work. The proposed controller employs on-line recursive least squares estimation(RLSE) to reduce the extent of parametric uncertainties, and utilizes the sliding mode control method to attenuate the effects of parameter estimation errors, unmodeled dynamics and disturbances. Therefore, a prescribed motion tracking transient performance and final tracking accuracy can be guaranteed. Since the system model uncertainties are unmatched, the recursive backstepping design technology was applied. In order to solve the conflicts between the sliding mode control design and the adaptive control design, the projection mapping was used to condition the RLSE algorithm so that the parameter estimates are kept within a known bounded convex set. Extensive experimental results were presented to illustrate the excellent achievable performance of the proposed controller and performance robustness to the load variation and sudden disturbance. 展开更多
关键词 servo-pneumatic system tracking control sliding mode control adaptive control parameter estimation
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Trajectory tracking control for underactuated unmanned surface vehicles with dynamic uncertainties 被引量:10
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作者 廖煜雷 张铭钧 +1 位作者 万磊 李晔 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第2期370-378,共9页
The trajectory tracking control problem for underactuated unmanned surface vehicles(USV) was addressed, and the control system took account of the uncertain influences induced by model perturbation, external disturban... The trajectory tracking control problem for underactuated unmanned surface vehicles(USV) was addressed, and the control system took account of the uncertain influences induced by model perturbation, external disturbance, etc. By introducing the reference, trajectory was generated by a virtual USV, and the error equation of trajectory tracking for USV was obtained, which transformed the tracking problem of underactuated USV into the stabilization problem of the trajectory tracking error equation. A backstepping adaptive sliding mode controller was proposed based on backstepping technology and method of dynamic slide model control. By means of theoretical analysis, it is proved that the proposed controller ensures that the solutions of closed loop system have the ultimate boundedness property. Simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed controller. 展开更多
关键词 trajectory tracking UNDERACTUATED unmanned surface vehicle (USV) BACKSTEPPING dynamic sliding mode control
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Nonlinear trajectory tracking control of a new autonomous underwater vehicle in complex sea conditions 被引量:9
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作者 高富东 潘存云 +1 位作者 韩艳艳 张湘 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第7期1859-1868,共10页
Autonomous underwater vehicles (AUVs) navigating in complex sea conditions usually require a strong control system to keep the fastness and stability. The nonlinear trajectory tracking control system of a new AUV in c... Autonomous underwater vehicles (AUVs) navigating in complex sea conditions usually require a strong control system to keep the fastness and stability. The nonlinear trajectory tracking control system of a new AUV in complex sea conditions was presented. According to the theory of submarines,the six-DOF kinematic and dynamic models were decomposed into two mutually non-coupled vertical and horizontal plane subsystems. Then,different sliding mode control algorithms were used to study the trajectory tracking control. Because the yaw angle and yaw angle rate rather than the displacement of the new AUV can be measured directly on the horizontal plane,the sliding mode control algorithm combining cross track error method and line of sight method was used to fulfill its high-precision trajectory tracking control in the complex sea conditions. As the vertical displacement of the new AUV can be measured,in order to achieve the tracking of time-varying depth signal,a stable sliding mode controller was designed based on the single-input multi-state system,which took into account the characteristic of the hydroplane and the amplitude and rate constraints of the hydroplane angle. Moreover,the application of dynamic boundary layer can improve the robustness and control accuracy of the system. The computational results show that the designed sliding mode control systems of the horizontal and vertical planes can ensure the trajectory tracking performance and accuracy of the new AUV in complex sea conditions. The impacts of currents and waves on the sliding mode controller of the new AUV were analyzed qualitatively and quantitatively by comparing the trajectory tracking performance of the new AUV in different sea conditions,which provides an effective theoretical guidance and technical support for the control system design of the new AUV in real complex environment. 展开更多
关键词 complex sea condition autonomous underwater vehicle (AUV) trajectory tracking sliding mode control
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基于时延估计与终端滑模的无人船跟踪控制
4
作者 刘超 叶华生 +2 位作者 沈跃 刘慧 沈亚运 《电子测量技术》 北大核心 2025年第4期91-100,共10页
针对欠驱动无人船动力学模型参数获取困难、跟踪控制易受水流及自然风等干扰的问题,本文提出了一种基于自适应时延估计与超螺旋快速终端滑模的轨迹跟踪控制方法。首先通过手部位置点坐标变换方法,对欠驱动无人船数学模型进行状态扩展重... 针对欠驱动无人船动力学模型参数获取困难、跟踪控制易受水流及自然风等干扰的问题,本文提出了一种基于自适应时延估计与超螺旋快速终端滑模的轨迹跟踪控制方法。首先通过手部位置点坐标变换方法,对欠驱动无人船数学模型进行状态扩展重新构建;然后采用自适应时延估计技术,估计无人船未知动力学模型部分及外部扰动,并设计超螺旋快速终端滑模控制策略补偿时延估计产生的误差,提高控制系统鲁棒性;最后,基于仿真分析与航行跟踪实验验证本研究控制方法可行性。在航行跟踪实验中,位置平均误差相比于PID算法、滑模算法及自适应时延估计滑模算法分别降低了35.1%、24.7%、20.8%,轨迹跟踪精度高。本文提出的控制方法不依赖动力学模型参数,可实现欠驱动无人船精准轨迹跟踪控制,且收敛速度快、鲁棒性高,为欠驱动无人船轨迹跟踪控制提供了可供借鉴的方法。 展开更多
关键词 欠驱动无人船 自适应时延估计 超螺旋快速终端滑模控制 轨迹跟踪控制
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基于自适应滑模的四轮移动机器人轨迹跟踪控制
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作者 郭磊 张雨晴 宋原 《郑州大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第3期11-18,共8页
针对滑模控制中具有未知界的非匹配不确定性的估计与补偿问题,提出了一种适用于四轮移动机器人的非奇异终端滑模控制器,不需要已知界的不确定性的先验知识。为了保证滑模面的存在性,引入高斯过程回归对非匹配不确定性进行在线估计,一方... 针对滑模控制中具有未知界的非匹配不确定性的估计与补偿问题,提出了一种适用于四轮移动机器人的非奇异终端滑模控制器,不需要已知界的不确定性的先验知识。为了保证滑模面的存在性,引入高斯过程回归对非匹配不确定性进行在线估计,一方面避免采用高增益的控制,从而减小了控制量抖振;另一方面,通过高斯过程回归的估计结果对系统的不确定性进行补偿,从而提高了基于模型的滑模控制器的适应性。基于近端策略优化(PPO)算法设计了一种自适应终端滑模控制器,通过控制精度和控制输入的抖振幅度来构建奖励函数,以此对滑模控制器的参数进行自适应调整,从而减小抖振并提高跟踪精度。通过李雅普诺夫稳定性分析证明了非奇异终端滑模控制器的稳定性,基于数值仿真实验验证了所设计控制器的有效性。结果表明:与传统的终端滑模相比,所提出的自适应终端滑模控制器在保持较高控制精度的同时,抖振振幅减小了90%,优于传统的控制方法。 展开更多
关键词 四轮移动机器人 轨迹跟踪 终端滑模控制 自适应滑模控制 高斯过程回归 强化学习
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旋转共轴驱动永磁球型关节设计及扰动抑制
6
作者 张永顺 刘志军 +1 位作者 刘振虎 王莉 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期102-112,共11页
针对当前永磁球型关节普遍存在电磁驱动结构复杂,耦合磁场建模困难,磁矩奇异性,抵抗外界扰动能力不足等问题,依据永磁体转子轴线始终趋于磁场旋转轴线的旋转定轴效应,研制了一种以内置全悬浮永磁体转子的万向随动机构为主体的永磁柔性... 针对当前永磁球型关节普遍存在电磁驱动结构复杂,耦合磁场建模困难,磁矩奇异性,抵抗外界扰动能力不足等问题,依据永磁体转子轴线始终趋于磁场旋转轴线的旋转定轴效应,研制了一种以内置全悬浮永磁体转子的万向随动机构为主体的永磁柔性直驱球型关节。球型关节的定子由两组鞍形线圈和一组亥姆线圈三轴正交嵌套而成。为解决磁矩控制变量冗余问题,采用磁场旋转轴线侧摆、俯仰角为独立控制变量的三相电流公式叠加空间万向旋转磁场,实现磁场内同步旋转永磁体转子侧摆、俯仰磁矩解耦和在空间万向磁场旋转轴线导引下的永磁球型关节侧摆、俯仰两自由度运动。进而,用Lyapunov函数证明系统稳定性,采用基于模糊算法优化的非奇异快速终端滑模控制方法抑制抖振和降低输出端轨迹误差。模拟结果验证了模糊优化滑模控制器的有效性。相比未模糊优化滑模控制方法,存在外界扰动时,优化模糊控制器通过切换增益进行自适应调整,能有效抑制系统控制输入产生的抖振,并提高轨迹跟踪速度,降低跟踪误差。仿真和试验表明,球型关节电磁结构简单,磁场解析建模便利,电流输入变量与磁矩输出变量一一对应,抗干扰能力和抖振抑制效果良好,实现了球型关节期望轨迹的快速跟踪,动态跟踪性能良好,改善了复杂环境的适应性。 展开更多
关键词 永磁柔性球型关节 旋转共轴效应 空间万向旋转磁场 滑模控制 轨迹跟踪
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基于模糊变增益的直线磁力驱动系统超螺旋滑模控制
7
作者 孙凤 代雪飞 +5 位作者 赵川 王鑫 裴文哲 金俊杰 徐方超 周冉 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第4期1003-1012,共10页
针对直线磁力驱动系统的位置跟踪精度易受外部扰动等不确定因素影响以及滑模控制中的抖振问题,提出一种基于模糊变增益的超螺旋滑模控制策略.首先,介绍直线磁力驱动系统的工作原理,建立含扰动的直线磁力驱动系统数学模型;其次,使用超螺... 针对直线磁力驱动系统的位置跟踪精度易受外部扰动等不确定因素影响以及滑模控制中的抖振问题,提出一种基于模糊变增益的超螺旋滑模控制策略.首先,介绍直线磁力驱动系统的工作原理,建立含扰动的直线磁力驱动系统数学模型;其次,使用超螺旋滑模算法设计速度控制器,实现系统精确、快速的收敛,并通过Lyapunov函数证明系统稳定性,进一步地,使用模糊算法对超螺旋滑模增益进行自适应调节;最后,对所提复合控制方法进行实验验证.结果表明:基于模糊变增益的超螺旋滑模控制位置跟踪精度高,响应速度快;相对于超螺旋滑模控制,阶跃位置跟踪响应时间缩短28%,稳态误差从3μm减小到1μm,并且没有抖振现象;正弦位置跟踪相位差减小13%,位置跟踪精度提升14%;方波位置跟踪有更好的动态性能;施加扰动后,系统到达稳态时间减小13%,受到负载之后的延迟时间减小80%,抗扰性能大幅提升. 展开更多
关键词 直线磁力驱动系统 超螺旋滑模控制 模糊控制 自适应增益 高精度位置跟踪
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基于迭代最优阻抗的人机物理交互控制方法
8
作者 刘微容 魏子丰 +3 位作者 晋振兵 孟家豪 王星琨 张浩琛 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第6期1843-1851,共9页
为提高人机物理交互的准确性和柔顺性,实现最优交互性能,针对基于迭代学习的阻抗控制方法需要多次重复同一任务的问题,借鉴迭代最优控制无需系统矩阵信息即可优化代价函数确定系统最优控制输入的机制,提出了基于迭代最优阻抗的人机物理... 为提高人机物理交互的准确性和柔顺性,实现最优交互性能,针对基于迭代学习的阻抗控制方法需要多次重复同一任务的问题,借鉴迭代最优控制无需系统矩阵信息即可优化代价函数确定系统最优控制输入的机制,提出了基于迭代最优阻抗的人机物理交互控制方法。方法采用双环控制结构。面向任务的外环设计了迭代最优阻抗控制器(IOIC),将求取最优阻抗参数的问题描述成线性二次型调节器问题,利用迭代最优控制,求取最优反馈增益,使包括轨迹跟踪误差和交互力在内的代价函数最小化;同时引入软辅助函数,避免参数突变可能带来的机器人抖动问题。面向机器人的内环设计了非奇异终端滑模轨迹跟踪控制器(NTSMTC),使机器人实际轨迹跟踪外环输出的阻抗轨迹,通过饱和函数消减控制律的抖振。仿真结果证明:所提方法在人机协作任务中,仅利用一次任务初始阶段的交互信息即可求得最优阻抗参数,使任务过程中的轨迹跟踪误差和交互人所消耗的力最小化。 展开更多
关键词 人机物理交互 阻抗控制 轨迹跟踪控制 最优控制 滑模控制
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Mecanum轮全向AGV轨迹跟踪级联控制器设计
9
作者 文生平 苏毅龙 瞿弘毅 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期49-61,共13页
针对四Mecanum轮驱动的自动导引车(AGV)的轨迹跟踪控制问题,设计了一种模型预测控制(MPC)和自适应滑模控制(SMC)级联的控制器,来改善控制精度和稳定性,提高控制过程的层次性、针对性和有效性。在运动学层面,建立了AGV轨迹跟踪误差模型,... 针对四Mecanum轮驱动的自动导引车(AGV)的轨迹跟踪控制问题,设计了一种模型预测控制(MPC)和自适应滑模控制(SMC)级联的控制器,来改善控制精度和稳定性,提高控制过程的层次性、针对性和有效性。在运动学层面,建立了AGV轨迹跟踪误差模型,将其转化为二次规划问题,并加入约束条件,配合模型预测控制的滚动优化来在线求解二次规划的最优解,将AGV位姿误差转化为轮子转速的期望输出;在动力学层面,采用滑模控制得到轮子的输出力矩,实现轮子对期望转速的跟踪,引入具有快速准确逼近能力的极限学习机(ELM)神经网络对模型不确定性和未知干扰进行在线观测,并与滑模控制相结合自适应抵消干扰,进一步提高控制器的鲁棒性。在余弦扰动和脉冲干扰下对控制器进行仿真验证,并将结果与PID控制结果进行对比,发现MPC+SMC级联控制器的跟踪效果具有明显优势;与采用径向基函数(RBF)神经网络观测的级联控制器的对比表明,采用ELM观测器的控制器对干扰的鲁棒性更强,在各转速条件下与干扰曲线的拟合度均超过95%,其跟踪误差在多项指标上相比其他方法小1个数量级,最大位置偏差仅为毫米级。轨迹跟踪样机实验结果验证了该控制器的实用性和可行性。 展开更多
关键词 MECANUM轮 轨迹跟踪 模型预测控制 滑模控制 极限学习机
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基于GA-PSO优化的汽车轨迹跟踪和稳定性协同控制
10
作者 田韶鹏 吴思沛 王龙 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第5期10-19,共10页
针对恶劣工况下汽车轨迹跟踪控制的精度和稳定性问题,提出一种基于分层控制策略的解决方案。上层轨迹跟踪控制器和下层直接横摆力矩控制器分别基于模型预测控制(model predictive control,MPC)和滑模控制(sliding mode control,SMC)实现... 针对恶劣工况下汽车轨迹跟踪控制的精度和稳定性问题,提出一种基于分层控制策略的解决方案。上层轨迹跟踪控制器和下层直接横摆力矩控制器分别基于模型预测控制(model predictive control,MPC)和滑模控制(sliding mode control,SMC)实现;通过遗传粒子群优化算法(GA-PSO)优化不同车速和路面附着系数下的控制器参数,得到适用于不同驾驶条件的最佳控制器时域和控制参数;基于此设计协同控制器,进一步改善了轨迹跟踪的准确性和稳定性。为验证策略有效性,在CarSim-Simulink联合仿真平台进行仿真实验。仿真结果表明:所提出控制策略能显著提升追踪效果和横摆稳定性,平均横向误差分别减少89.9%、46.4%和43.3%。 展开更多
关键词 智能车辆 轨迹跟踪 稳定性控制 模型预测控制 滑模控制 遗传粒子群算法
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改进鲸鱼遗传算法优化的液压机械臂轨迹跟踪
11
作者 杨丽荣 周俊 曹冲 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第5期94-98,共5页
针对液压机械臂存在关节轨迹跟踪精度低,参数难确定等问题,提出一种基于新型控制率的跟踪微分滑模控制器(TDSMC),并通过改进鲸鱼遗传优化算法(IWGOA)对控制器参数进行优化。首先,根据电液位置伺服系统搭建跟踪误差状态空间方程;其次,设... 针对液压机械臂存在关节轨迹跟踪精度低,参数难确定等问题,提出一种基于新型控制率的跟踪微分滑模控制器(TDSMC),并通过改进鲸鱼遗传优化算法(IWGOA)对控制器参数进行优化。首先,根据电液位置伺服系统搭建跟踪误差状态空间方程;其次,设计新型趋近律下的TDSMC,并通过IWGOA对控制器的9个参数进行优化设计;最后,通过AMESim/SIMULINK进行联合仿真。仿真结果表明:应用本文算法优化控制器所得跟踪轨迹相比传统滑模和一般微分滑模控制器都更为平滑,跟踪速度分别提升0.5 s和0.16 s,精度分别提高14.36%和10.62%。 展开更多
关键词 液压机械臂 改进鲸鱼遗传算法 新型趋近律 跟踪微分滑模控制器 轨迹跟踪
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基于高增益扰动观测器的磁悬浮球系统滑模控制
12
作者 林俊亭 陈信州 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第6期1897-1906,共10页
针对磁悬浮球系统存在建模误差与未知扰动导致控制性能下降的问题,设计了一种基于高增益扰动观测器(HGDO)的自适应非奇异终端滑模控制(ANTSMC)方法。建立磁悬浮球系统模型,并在平衡点处将模型线性化;为削弱滑模控制器的抖振并保证系统... 针对磁悬浮球系统存在建模误差与未知扰动导致控制性能下降的问题,设计了一种基于高增益扰动观测器(HGDO)的自适应非奇异终端滑模控制(ANTSMC)方法。建立磁悬浮球系统模型,并在平衡点处将模型线性化;为削弱滑模控制器的抖振并保证系统误差在有限时间收敛,设计了自适应非奇异终端滑模控制器,同时,采用高增益扰动观测器对系统中存在的总扰动进行估计,并通过理论验证了所设计高增益扰动观测器可以快速收敛到实际扰动值的可调邻域,基于扰动估计值设计带扰动补偿的自适应非奇异终端滑模控制律,并证明了在该控制律下系统是全局一致最终有界的;通过仿真验证了所设计方法在不同目标轨迹下的有效性。仿真与定量分析表明:与带广义比例积分观测器的控制器相比,带高增益扰动观测器的控制器对总扰动观测值的积分时间乘方误差(ITSE)降低了75%,积分时间绝对误差(ITAE)降低了60%,从而提高了在相同控制方法下系统的鲁棒性。 展开更多
关键词 磁悬浮球系统 滑模控制 高增益扰动观测器 扰动补偿 轨迹跟踪
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柔性空间机器人预定义时间自适应滑模控制
13
作者 刘宜成 杨迦凌 +1 位作者 唐瑞 程靖 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第2期351-361,共11页
针对具有典型非线性特性的多段线驱动柔性空间机器人的轨迹跟踪控制问题,提出基于预定义时间的自适应滑模控制方法.基于常曲率方法和拉格朗日法,建立多段线驱动柔性空间机器人的动力学模型.设计基于预定义时间理论的滑模控制器,利用径... 针对具有典型非线性特性的多段线驱动柔性空间机器人的轨迹跟踪控制问题,提出基于预定义时间的自适应滑模控制方法.基于常曲率方法和拉格朗日法,建立多段线驱动柔性空间机器人的动力学模型.设计基于预定义时间理论的滑模控制器,利用径向基函数(RBF)神经网络补偿多段线驱动柔性空间机器人系统的建模误差和外界干扰.利用Lyapunov理论,证明轨迹跟踪误差可以在预定义时间内收敛.通过数值仿真验证了模型和控制器的有效性,与固定时间控制器和无补偿的控制器相比,所提出的控制器使系统轨迹误差具有更快的收敛速度. 展开更多
关键词 柔性空间机器人 预定义时间稳定性 径向基函数神经网络 轨迹跟踪 滑模控制
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机械臂非奇异快速终端滑模迭代学习轨迹跟踪控制研究 被引量:1
14
作者 陈涛 李晓娟 +1 位作者 刘建璇 王立忠 《西安交通大学学报》 EI CAS 北大核心 2025年第1期125-135,147,共12页
针对机械臂建模参数精准性与扰动不确定性的精确轨迹跟踪控制问题,提出了一种非奇异快速终端滑模控制与迭代学习控制相融合的控制方法。首先,为保证跟踪误差的收敛速度,避免收敛中的奇异性问题,设计采用饱和函数趋近律的非奇异快速终端... 针对机械臂建模参数精准性与扰动不确定性的精确轨迹跟踪控制问题,提出了一种非奇异快速终端滑模控制与迭代学习控制相融合的控制方法。首先,为保证跟踪误差的收敛速度,避免收敛中的奇异性问题,设计采用饱和函数趋近律的非奇异快速终端滑模控制器。其次,为进一步提高轨迹跟踪精度,设计误差迭代学习控制器,并对所设计的控制器进行了收敛性分析。最后,在Simulink软件中搭建所提方法的控制系统,进行迭代控制与对比控制仿真实验,并同步开展机械臂跟踪控制真机实验。结果表明:在迭代实验中,关节最大平均稳态误差提升了72%;在对比实验中,与比例微分(PD)型迭代学习控制和PD型线性滑模控制相比,最大平均稳态误差分别提升了97%、51%,最大响应调整时间分别减少70%、50%;在真机实验中,机械臂跟踪误差稳定在[-0.05,0.05] rad区间内。实验结果充分验证了所提控制方法的正确性与有效性,为解决机械臂轨迹跟踪中的不确定性问题提供了一种有效的控制方案。 展开更多
关键词 机械臂 迭代学习控制 非奇异快速终端滑模控制 轨迹跟踪
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基于肌电预测模型的下肢外骨骼自适应控制方法 被引量:1
15
作者 孙国安 赵明 +1 位作者 张廷丰 张弼 《郑州大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第3期34-41,共8页
为提高下肢康复机器人的适应性,实时响应患者意图和适应个体化运动需求,提出了一种基于肌电预测模型的下肢外骨骼自适应控制方法。该方法通过采集股二头肌、股直肌和股外侧肌的表面肌电信号,构建预测患者期望运动轨迹的肌电预测模型。... 为提高下肢康复机器人的适应性,实时响应患者意图和适应个体化运动需求,提出了一种基于肌电预测模型的下肢外骨骼自适应控制方法。该方法通过采集股二头肌、股直肌和股外侧肌的表面肌电信号,构建预测患者期望运动轨迹的肌电预测模型。针对系统的不确定性和模型误差,设计了一种自适应滑模控制器,结合肌肉激活度动态调整滑模参数,从而提高机器人的跟踪精度和柔顺性。对5名健康受试者进行实验,分别对肌电模型和滑模控制器进行测试。结果表明:肌电预测模型对髋关节的RMSE为7.94,对膝关节的RMSE为9.31,能够满足轨迹生成需求;相比传统PID控制,自适应滑模控制器的跟踪精度提高了28%,验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 康复机器人 表面肌电信号 滑模控制 轨迹跟踪
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分布式电驱动承载平台的动力学建模与模型预测控制 被引量:1
16
作者 原野 陈龙 +2 位作者 潘伟 李艺 秦兆博 《汽车技术》 北大核心 2025年第3期46-55,共10页
针对分布式电驱动承载平台轨迹跟踪控制存在高速跟踪精度低、鲁棒性弱等问题,设计了基于期望前轮转角跟踪的分层式横向运动控制策略。以分布式电驱动承载平台为研究对象,基于各子系统的动力学分析和轮地作用关系分析,构建了完整的胶轮... 针对分布式电驱动承载平台轨迹跟踪控制存在高速跟踪精度低、鲁棒性弱等问题,设计了基于期望前轮转角跟踪的分层式横向运动控制策略。以分布式电驱动承载平台为研究对象,基于各子系统的动力学分析和轮地作用关系分析,构建了完整的胶轮、车体、电驱等模块的一体化动力学模型。通过构建上层模型预测控制(MPC)轨迹跟踪和下层转向电机转角控制的分层式运动控制策略,可实现承载平台横向位置的高精度控制。基于Simulink搭建承载平台整体动力学仿真模型,仿真结果表明:设计的横向运动控制策略在多级速度下均能高精度实现多场景轨迹跟踪;与滑模控制器相比,其控制精度提升了33%,控制稳定性显著提升。 展开更多
关键词 分布式电驱动承载平台 动力学建模 模型预测控制 滑模控制 轨迹跟踪
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基于终端滑模控制和模糊系统的高速列车轨迹跟踪自适应控制器
17
作者 郭佑星 冯晓云 +2 位作者 张启璇 孙鹏飞 王青元 《铁道学报》 北大核心 2025年第4期33-40,共8页
研究存在模型不确定和外界干扰的高速列车轨迹跟踪控制问题。考虑建模精度与控制成本,建立单坐标系下的列车多体动力学模型。基于终端滑模控制和模型参考自适应控制,设计控制方法实现高速列车速度和位置跟踪控制,并严格证明了控制方法... 研究存在模型不确定和外界干扰的高速列车轨迹跟踪控制问题。考虑建模精度与控制成本,建立单坐标系下的列车多体动力学模型。基于终端滑模控制和模型参考自适应控制,设计控制方法实现高速列车速度和位置跟踪控制,并严格证明了控制方法的稳定性。提出基于控制误差和速度等级的通用模糊规则,调整控制器不连续项系数,在不影响控制效果的同时抑制控制系统的抖振现象。对所提AFTSMC进行两个数值试验,并与相同条件下采用MRAC、PID及普通ATSMC进行对比试验。通过仿真结果分析,证明所提AFTSMC的轨迹跟踪性能和平稳控制效果。 展开更多
关键词 高速列车 轨迹跟踪控制 终端滑模控制 自适应控制 模糊系统 多体动力学系统
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水下机器人-机械手系统抓取作业轨迹跟踪控制
18
作者 张扬 夏庆超 +4 位作者 杨灿军 常宗瑜 宋瑞银 吴定泽 张鑫 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第3期540-549,共10页
针对水下机器人-机械手系统在进行水下作业任务时精确运动轨迹跟踪控制困难的问题,本文提出了水下机器人-机械手系统水下作业的双环滑模控制方法。基于水下机器人-机械手系统运动学和动力学模型,对水下机器人-机械手系统水下抓取作业过... 针对水下机器人-机械手系统在进行水下作业任务时精确运动轨迹跟踪控制困难的问题,本文提出了水下机器人-机械手系统水下作业的双环滑模控制方法。基于水下机器人-机械手系统运动学和动力学模型,对水下机器人-机械手系统水下抓取作业过程进行轨迹跟踪控制研究;考虑机械手末端执行器作业过程中参数变化对机械手拾起和放置物体的全过程进行模拟;通过仿真模拟分析对比例积分微分控制、计算力矩控制、传统滑模控制和双环滑模控制等方法进行对比。结果表明:双环滑模控制方法能够提高本体和机械手的控制精度、减小机械手末端执行器的跟踪误差、降低系统总的能量消耗,并且水下机器人-机械手系统抓取重物时对机械手关节的影响要大于对本体位姿的影响。 展开更多
关键词 水下机器人 水下机器人-机械手系统 轨迹跟踪 双环滑模控制 参数变化 拾起与放置 控制精度 跟踪误差
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基于神经网络干扰观测器和滑模控制的机械臂轨迹跟踪研究
19
作者 李国成 温秀兰 +4 位作者 王直荣 钱蘷 李新 周志峰 封志明 《中国测试》 北大核心 2025年第7期38-46,共9页
为解决外部干扰、动态误差以及建模不确定参数误差等不确定性因素对机械臂轨迹跟踪性能的影响,提出一种基于神经网络干扰观测器的超螺旋滑模轨迹跟踪控制方法。针对机械臂系统存在不确定因素,设计具有双隐藏层结构的神经网络干扰观测器... 为解决外部干扰、动态误差以及建模不确定参数误差等不确定性因素对机械臂轨迹跟踪性能的影响,提出一种基于神经网络干扰观测器的超螺旋滑模轨迹跟踪控制方法。针对机械臂系统存在不确定因素,设计具有双隐藏层结构的神经网络干扰观测器;为了消除抖震,构造一种滑模面函数及超螺旋滑模控制律,以实现机械臂系统力矩的稳定输出;采用Lyapunov理论证明了系统的渐进稳定性。将所提出的神经网络干扰观测器分别与该文设计的超螺旋滑膜控制器(STSMC)、滑模控制器(SMC)、非奇异终端滑模控制器(NTSMC)、快速非奇异终端滑模控制器(FNTSMC)相结合进行轨迹跟踪实验,结果证实该文所提方法与SMC、NTSMC、FNTSMC法相比不仅机械臂6个关节的平均最大跟踪误差分别减小了约32.1%、27.0%、4.3%,而且关节抖震现象明显消除,能够实现机械臂精确且稳定的轨迹跟踪控制。 展开更多
关键词 神经网络 滑模控制 机械臂 轨迹跟踪
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基于反步滑模法的欠驱动双无人艇协同拖曳系统靠泊控制
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作者 王成龙 郑翔 +2 位作者 王建华 吴恭兴 钱建华 《广东海洋大学学报》 北大核心 2025年第2期118-129,共12页
【目的】为解决干扰与模型不确定性影响下,欠驱动双无人艇协同拖曳无动力无人艇靠泊回收过程中的轨迹规划与跟踪控制问题,改进控制效率和跟踪精度,提出一种基于虚拟船引导的双无人艇协同拖曳靠泊方法。【方法】首先,通过虚拟船路径跟踪... 【目的】为解决干扰与模型不确定性影响下,欠驱动双无人艇协同拖曳无动力无人艇靠泊回收过程中的轨迹规划与跟踪控制问题,改进控制效率和跟踪精度,提出一种基于虚拟船引导的双无人艇协同拖曳靠泊方法。【方法】首先,通过虚拟船路径跟踪控制规划被拖船的期望轨迹及所需总拖曳力和力矩,并通过扩张状态观测器(ESO)补偿外部干扰和模型误差。其次,利用序列二次规划(SQP)方法求解两艘无人艇对被拖船的拖曳力和力矩的最优分配问题,并根据拖曳模型和几何关系得到两艘无人艇的平滑可行期望轨迹。最后,基于反步法和滑模控制,设计一种针对欠驱动拖曳无人艇的反步滑模轨迹跟踪控制器。针对位置和航向角子系统,利用反步法求解虚拟期望线速度和角速度,实现位姿跟踪;针对速度子系统,通过滑模控制器完成速度跟踪,从而实现两艘无人艇跟踪各自期望轨迹,拖曳被拖船完成靠泊。通过李雅普诺夫函数证明所设计的控制器能够在一定有界干扰条件下保证系统的全局渐近稳定。【结果与结论】仿真结果表明,在一定的干扰与模型不确定性下,通过双无人艇对规划轨迹的跟踪控制,被拖船以平均0.05 m和0.08°的位姿误差渐近收敛到期望泊位。相较于纵向反步控制与转向滑模控制方法,所提方法在控制效率上最高提升50%,平均距离误差降低44%,平均角度跟踪误差降低33%。双无人艇协同拖曳靠泊方法具有良好的有效性和鲁棒性,为无人艇拖曳控制研究提供了新的理论参考。 展开更多
关键词 欠驱动水面无人艇 辅助靠泊 协同拖曳 反步滑模控制 轨迹跟踪
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