蠕动式软体机器人的径向致动器设计及仿真

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作者 江雨霏 朱其新 《机床与液压》 北大核心 2025年第9期16-22,共7页

近年来,软体机器人在国内外引起了广泛关注,其中蠕动式软体机器人在非结构化环境中有较高的适应性,可广泛应用于管道检测及受限空间内搜索等多种场景。作为决定运动效率的重要因素,蠕动式软体机器人的径向致动器在控制和运动性能方面面... 近年来,软体机器人在国内外引起了广泛关注,其中蠕动式软体机器人在非结构化环境中有较高的适应性,可广泛应用于管道检测及受限空间内搜索等多种场景。作为决定运动效率的重要因素,蠕动式软体机器人的径向致动器在控制和运动性能方面面临较大挑战。为此,设计一种具有圆环状气腔的径向致动器,通过优化结构设计提升其膨胀变形性能。同时,结合微通道和液态导电材料的设计,使该致动器具有全柔性应变感应功能。利用COMSOL多物理场有限元仿真软件,分析不同结构径向致动器的变形性能及感应效果,以优化设计参数,并与普通结构的径向致动器进行对比。结果表明:具有圆环状气腔的径向致动器具有良好的膨胀变形性能,可感应到自身一定程度的膨胀应变并输出电信号。 展开更多

关键词 软体致动器 结构设计 变形性能 传感性能 有限元分析

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小孔径管道气动软体机器人设计及仿真分析

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作者 江雨霏 朱其新 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第3期412-420,共9页

近年来,软体机器人已应用于探测狭窄复杂的管道内部。对于孔径较小,T形、L形管道分支较多的应用场景,软体机器人在管道内的运动效率与灵活性面临较大挑战。针对此问题,设计了一种小孔径管道气动软体机器人。通过Abaqus软件有限元仿真分... 近年来,软体机器人已应用于探测狭窄复杂的管道内部。对于孔径较小,T形、L形管道分支较多的应用场景,软体机器人在管道内的运动效率与灵活性面临较大挑战。针对此问题,设计了一种小孔径管道气动软体机器人。通过Abaqus软件有限元仿真分析了软体机器人不同结构致动器的变形效果,优化了设计参数;基于所设计的软体机器人分析了其变形性能,并与其他结构的小孔径管道气动软体机器人进行了对比。研究结果表明:管道机器人具有良好的弯曲性能与延伸性能,可在一定压强范围内减少材料的大变形,降低了软体机器人材料的损耗率。 展开更多

关键词 气动 软体机器人 小孔径管道 有限元分析 变形性能

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面向二维移动机器人的路径规划算法综述 被引量：20

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作者 王旭 朱其新 朱永红 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2023年第20期51-66,共16页

路径规划技术是移动机器人避开障碍物且快速移动到目标点的有效方法。为了了解不同环境条件下路径规划策略的发展,找出研究差距,回顾了移动机器人及其路径规划的发展历史;将移动机器人路径规划算法分为两大类:基于先验信息的全局路径规... 路径规划技术是移动机器人避开障碍物且快速移动到目标点的有效方法。为了了解不同环境条件下路径规划策略的发展,找出研究差距,回顾了移动机器人及其路径规划的发展历史;将移动机器人路径规划算法分为两大类:基于先验信息的全局路径规划和基于传感器信息的局部路径规划,重点对相关算法进行了优缺点概述以及分析总结;此外列举了一些新颖的方法,目的是缩短移动机器人的规划时间,亦或是得到最优的路径;强调了移动机器人路径规划算法在未来的几个可以深入研究的方向。 展开更多

关键词 移动机器人 路径规划算法 全局路径规划 局部路径规划

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基于滤波型并联位置结构的永磁同步电机伺服系统设计 被引量：1

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作者 丁一峰 朱其新 朱永红 《机床与液压》 北大核心 2025年第3期101-108,共8页

随着对位置伺服控制系统中位置精度、响应速度、稳定程度要求的提高,传统的三环串联矢量控制系统已无法同时满足这些性能要求。针对此问题,设计一种滤波型并联矢量控制系统。分别对串、并联结构系统进行模型简化分析,并通过频域法进行... 随着对位置伺服控制系统中位置精度、响应速度、稳定程度要求的提高,传统的三环串联矢量控制系统已无法同时满足这些性能要求。针对此问题,设计一种滤波型并联矢量控制系统。分别对串、并联结构系统进行模型简化分析,并通过频域法进行参数整定。从机制上对两种结构系统的稳态性能和动态性能进行对比分析,得出并联结构系统的综合控制性能优于串联控制系统,但其抗高频扰动性能较差。利用根轨迹簇解析各个控制器参数对系统稳定性的影响;同时通过伯德图的三频段理论对系统的动态性能进行研究。最后,进一步分析得出相较于串联结构系统,并联结构系统可以更方便地通过加入调节控制器进行性能优化,并以此为基础在系统中加入二阶巴特沃斯滤波器,提出了滤波型并联结构系统,在维持系统低中频性能的基础上,改善了系统的高频性能。仿真结果表明:滤波型并联结构系统可以消除位置环在动态信号输入下的稳态误差,同时具备更快的响应速度和较好的高频抑制性能。 展开更多

关键词 永磁同步电机 位置伺服系统 并联结构系统 根轨迹簇 巴特沃斯滤波器

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基于滑模扰动观测器的永磁同步电机新型无模型超螺旋滑模控制

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作者 吴瑄 朱其新 朱永红 《机床与液压》 北大核心 2025年第17期119-126,共8页

针对表贴式永磁同步电机(SPMSM)控制系统在突加负载扰动下导致的电机控制性能下降问题,提出一种基于滑模扰动观测器的新型无模型超螺旋滑模控制方法(NMFSTSMC)。根据SPMSM在参数摄动下的数学模型,建立转速环新型超局部模型。采用新型二... 针对表贴式永磁同步电机(SPMSM)控制系统在突加负载扰动下导致的电机控制性能下降问题,提出一种基于滑模扰动观测器的新型无模型超螺旋滑模控制方法(NMFSTSMC)。根据SPMSM在参数摄动下的数学模型,建立转速环新型超局部模型。采用新型二阶超螺旋滑模控制律设计转速环控制器,以加快电机系统收敛速度,同时削弱滑模抖振带来的影响。为提高系统的控制精度,设计滑模扰动观测器估计新型超局部模型中未知部分并进行前馈补偿。最后,为了验证所提方法的可行性和有效性,与传统PI控制和SMC控制策略进行对比。结果表明:NMFSTSMC可以更快速地达到转速参考值,并且基本无超调,即使突加10 N·m的负载扰动,也能迅速恢复至转速参考值,同时转速波动更小。证明了NMFSTSMC可以实现对电机系统的高精度控制具有强鲁棒性,在削弱抖振的同时提高系统鲁棒性与动态响应速度。 展开更多

关键词 永磁同步电机 新型超局部模型 无模型超螺旋滑模控制 滑模扰动观测器

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基于ESO和非奇异快速终端滑模控制的PMSM扰动抑制研究

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作者 杨羽萌 朱其新 《机床与液压》 北大核心 2025年第12期113-117,共5页

针对永磁同步电机运行过程中受到干扰和不确定性因素影响的问题,提出一种基于扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制方法。在速度环中,采用非奇异快速终端滑模控制算法,同时引入一种高增益扩张状态观测器实时观测系统的负载扰动并进... 针对永磁同步电机运行过程中受到干扰和不确定性因素影响的问题,提出一种基于扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制方法。在速度环中,采用非奇异快速终端滑模控制算法,同时引入一种高增益扩张状态观测器实时观测系统的负载扰动并进行前馈补偿。在电流环中,对于电感或磁链等参数失配时产生的电流静差,引入扩张状态观测器,利用观测的电流对电机的实际电流进行校正,并利用观测到的系统内外部扰动对电机的参考电压进行校正。最后,在MATLAB/Simulink中进行仿真验证,将使用新型控制器系统的仿真结果与现有方法进行比较。结果表明:所提方法在跟踪期望速度曲线以及减少抖振现象方面具有更好的效果,能够有效抑制转速和转矩中干扰和不确定性因素的影响。 展开更多

关键词 永磁同步电机 扩张状态观测器 非奇异快速终端滑模控制

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一种抑制共振模态影响的伺服系统控制器设计新方法

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作者 朱其新 金雨昇 朱永红 《机床与液压》 北大核心 2023年第6期71-76,共6页

伺服控制系统的控制性能会受到机械共振的影响,导致实际应用时控制器参数需要进行额外的调整。为了提高PID参数设计的准确性,减小共振模态对控制系统的影响,在设计伺服系统位置环控制器前,建立共振模态的数学模型,并将共振模态看成伺服... 伺服控制系统的控制性能会受到机械共振的影响,导致实际应用时控制器参数需要进行额外的调整。为了提高PID参数设计的准确性,减小共振模态对控制系统的影响,在设计伺服系统位置环控制器前,建立共振模态的数学模型,并将共振模态看成伺服系统位置环被控对象的一部分。然后,根据已包含了共振模态的被控对象的数学模型来设计伺服系统的二自由度控制器,其中前馈控制器通过不变性原理设计,反馈控制器通过提出的五阶极点配置的方法进行设计。结果表明:提出的伺服系统设计新方法能够有效提高控制系统的性能,减小机械共振的影响。因此,对于已知共振模态的伺服控制系统,该设计方法得到的控制器参数更加适用,能有效减小实际调试的难度。 展开更多

关键词 共振模态 复合控制 前馈 极点配置

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基于全部参数自适应Smith预估补偿的永磁同步电机滑模前馈控制及扰动抑制 被引量：4

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作者 朱其新 王嘉祺 朱永红 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期417-428,共12页

在永磁同步电机控制系统中,逆变器的延迟效应会降低系统的跟踪性能和稳定裕度。引入Smith预估补偿器可以补偿延迟环节对系统性能的影响,但Smith预估补偿器要求延迟时间和被控对象模型参数已知,这不符合实际情况。为此提出时变模型自适... 在永磁同步电机控制系统中,逆变器的延迟效应会降低系统的跟踪性能和稳定裕度。引入Smith预估补偿器可以补偿延迟环节对系统性能的影响,但Smith预估补偿器要求延迟时间和被控对象模型参数已知,这不符合实际情况。为此提出时变模型自适应预估方法,分别对延迟时间和被控对象模型参数进行自适应估计,实现Smith预估补偿器的全参数自适应。设计基于位置输出超前值预测和扰动抑制的滑模前馈控制器,与全参数自适应Smith预估补偿控制相结合,确保控制系统的全局稳定,降低系统对参数不确定的敏感性,并提高系统的抗扰性。仿真结果表明,与传统及多种改进的Smith预估补偿方法相比,该方法有着更高的跟踪精度,即使在非理想条件下,对参数不确定依然具有较强的鲁棒性,对随机扰动依然具有较强的干扰抑制能力。 展开更多

关键词 永磁同步电机 SMITH预估补偿 全参数自适应估计 位置输出超前值预测 滑模前馈控制

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基于模糊时变滑模的永磁同步电机调速系统设计 被引量：4

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作者 李旭阳 黎晓曦 +1 位作者 朱其新 朱永红 《机床与液压》 北大核心 2024年第7期98-104,共7页

针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于积分时变滑模面和新型模糊增益趋近律的滑模调速方法。采用积分时变滑模面,在传统积分滑模面中加入一个时变项,借此提升系统的响应速度。改进传统的指数趋近律,... 针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于积分时变滑模面和新型模糊增益趋近律的滑模调速方法。采用积分时变滑模面,在传统积分滑模面中加入一个时变项,借此提升系统的响应速度。改进传统的指数趋近律,加入非线性函数来削弱系统的抖振,同时根据不同的系统状态用模糊算法整定趋近律增益参数,着重于提升趋近速度和系统抗扰动能力。最后,使用李雅普诺夫稳定性判据证明了该控制系统的稳定性。在MATLAB/Simulink环境下将此控制策略与传统滑模控制策略进行对比,仿真结果表明:采用此控制方法的系统响应速度更快、抑制系统扰动和抖振的能力更强,具备更好的综合性能。 展开更多

关键词 永磁同步电机 矢量控制 积分时变滑模面 模糊算法 调速系统

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基于ILC和超螺旋滑模控制的永磁伺服系统扰动抑制研究 被引量：1

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作者 杨羽萌 朱其新 +2 位作者 张拥军 眭立洪 朱永红 《机床与液压》 北大核心 2024年第24期155-159,共5页

永磁同步电机驱动系统的转速环易受多源扰动的影响,从而导致电机转矩出现波动;永磁同步电机存在未建模动力学等引起的非周期扰动以及电流采样误差引起的周期扰动。针对这一问题,提出一种抑制速度扰动的新方案。使用超螺旋滑模控制器来... 永磁同步电机驱动系统的转速环易受多源扰动的影响,从而导致电机转矩出现波动;永磁同步电机存在未建模动力学等引起的非周期扰动以及电流采样误差引起的周期扰动。针对这一问题,提出一种抑制速度扰动的新方案。使用超螺旋滑模控制器来快速跟踪给定转速的输入曲线;使用扩张状态观测器来抑制非周期扰动并估计系统状态;最后,利用改进的PD型迭代学习控制来抑制周期扰动,并在MATLAB/Simulink中进行了仿真。结果表明:相较于传统的PI控制器,使用该复合控制器的系统具有良好的跟踪能力和抗扰动能力,能有效抑制电机运转时出现的输出转矩波动。 展开更多

关键词 永磁同步电机 超螺旋滑模控制 迭代学习 扩张状态观测器

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基于自适应扰动和改进趋近律的永磁同步电机滑模调速系统

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作者 李旭阳 黎晓曦 +1 位作者 朱其新 朱永红 《机床与液压》 北大核心 2024年第6期62-66,共5页

针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于自适应扰动和新型趋近律的滑模速度控制方法。在趋近律内引入系统状态变量,同时改进趋近律内的数学关系,从而提高系统趋近速度的自适应调节能力,达到提升系统综... 针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于自适应扰动和新型趋近律的滑模速度控制方法。在趋近律内引入系统状态变量,同时改进趋近律内的数学关系,从而提高系统趋近速度的自适应调节能力,达到提升系统综合性能的目的;利用李雅普诺夫稳定性判据进行反推,对负载转矩进行了自适应估计,使得文中控制策略满足李雅普诺夫稳定判据的同时,降低了外部负载对电机转速的影响。最后,在Simulink环境下将文中控制策略与传统滑模控制策略进行对比。仿真结果表明:采用文中控制方法的系统响应更快、抑制系统抖振的能力更强,此方法能够有效地提高系统的综合性能,实现更稳定的转速控制。 展开更多

关键词 永磁同步电机 新型趋近律 滑模控制 自适应估计

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基于多智能体强化学习的滑模控制器参数整定

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作者 缪刘洋 朱其新 朱永红 《机床与液压》 北大核心 2024年第11期160-166,共7页

针对永磁同步电机系统中滑模控制器参数多且范围大难以整定,从而导致永磁同步电机控制效果不佳的问题,提出利用多智能体强化学习对滑模控制器参数进行整定的方法。该方法通过多个智能体共享奖赏的方式对控制器每个参数进行独立寻优,有... 针对永磁同步电机系统中滑模控制器参数多且范围大难以整定,从而导致永磁同步电机控制效果不佳的问题,提出利用多智能体强化学习对滑模控制器参数进行整定的方法。该方法通过多个智能体共享奖赏的方式对控制器每个参数进行独立寻优,有效避免了不同参数选取范围差别较大而导致智能算法多参数同步寻优时产生的维度灾难问题。通过Python与MATLAB联合仿真,并与采用遗传算法整定参数的控制器进行比较,结果表明:多智能体的多臂老虎机算法较遗传算法整定的速度滑模控制器在超调量、响应速度、抗干扰能力和鲁棒性方面具有明显的优势,验证了该方法能够有效地解决滑模控制器参数难以整定的问题。 展开更多

关键词 多智能体 强化学习 滑模控制 参数整定

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基于扩展观测器的永磁同步电机快速积分终端滑模控制 被引量：2

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作者 陆园 朱其新 朱永红 《机床与液压》 北大核心 2023年第24期116-121,共6页

为了优化永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态性能,使用滑模控制的PMSM控制系统的非线性速度控制算法。提出一种新的快速积分终端滑模面(FITSMC),以提高传统积分终端滑模控制在速度误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度。针对高切换增益引... 为了优化永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态性能,使用滑模控制的PMSM控制系统的非线性速度控制算法。提出一种新的快速积分终端滑模面(FITSMC),以提高传统积分终端滑模控制在速度误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度。针对高切换增益引起的大抖动现象,提出一种改进的抗干扰滑模速度控制器,该方法引入扩展状态观测器观测集中扰动,并在FITSMC中添加前馈补偿项。最后,通过仿真验证所提控制方法的有效性。结果表明:采用FITSMC替代传统的PI控制器,可以有效地降低动态速度跟踪误差。通过与传统方法进行比较,验证了所提方法(FITSMC+ESO)的优越性。 展开更多

关键词 快速积分终端滑模面(FITSMC) 永磁同步电机(PMSM) 滑模控制 扩展状态观测器

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