欠驱动系统

摘要： 基于EtherCAT现场总线技术的发展,要求较高的智能控制算法可进一步实现,文章介绍了基于EtherCAT的开源主从模式,建立了与伺服驱动控制器底层转速环和扭矩环的通信关系,完成对伺服系统的直驱实时控制。为验证对伺服电机控制,即验证一类欠驱动系统的控制算法的可靠性,对研制欠驱动系统状态信息检测系统和实验平台开展测试验证,验证分析表明,基于EtherCAT的一类欠驱动伺服系统实验平台能够满足实验要求,较好地实现直驱控制,并且能充分验证其欠驱动系统控制算法的有效性。

摘要： 仅配备有纵向推进力和转船力矩装置的无人水面艇是典型的欠驱动系统,不能通过定常光滑反馈控制律镇定到平衡状态。本文针对一类惯性矩阵和阻尼矩阵非对角的欠驱动无人水面艇,设计了基于附加控制器和反步法的光滑时变跟踪控制律,在保证跟踪误差暂态性能的前提下,实现了曲线和直线情形下的轨迹跟踪。首先,通过状态变换将非对角模型转化为对角形式,并运用反馈线性化理论简化控制输入。其次,通过设计虚拟控制函数来镇定误差运动学方程,并通过引入障碍Lyapunov函数(BLF)来保证跟踪误差满足规定的性能。然后,通过在误差镇定函数中引入虚拟控制量解决了系统的欠驱动问题,稳定性分析表明本文控制策略能够保证闭环系统中的所有状态是一致最终有界的。最后,Matlab/Simulink仿真结果表明了该控制器的有效性。

摘要： 以开放贮液容器运动为代表的一类欠驱动系统中液体的晃动不仅会对系统的稳定性造成影响,还会严重影响系统响应的精确性、工作效率以及安全性等。现有的大量研究表明,液体晃动抑制控制需要建立严格的数学模型和实时测量系统运行过程中的状态信息,并且对于这一类欠驱动系统中的未建模动态、非线性以及系统在运行中的干扰的处理还存在诸多问题。因此,文章针对这一类欠驱动系统中的各种不确定性,提出基于Lyapunov稳定性的模型参考液体晃动抑制自适应控制方法,实现贮液容器位移的快速精确响应、液体的晃动抑制和系统输入能量最小等运动过程中的多目标的优化,最后通过仿真研究和分析,验证其控制方法的有效性和自适应性。

摘要： 应用自适应预测制导方法,研究月球软着陆过程中的制导控制问题。作为一种具有逻辑结构的构造性方法,概述了自适应预测制导方法的实现步骤。针对月球软着陆过程中制导控制量少于被控制量这一欠驱动问题,在已有的基于一阶特征模型的全系数自适应预测校正方法的基础上,将输入输出相等的系统拓展为输入少于输出的欠驱动系统,以满足对位置、速度矢量同时进行制导控制的需要。针对初始状态误差、推力偏差、质量偏差以及比冲偏差下的软着陆过程,进行了蒙特卡罗仿真分析,结果表明,自适应预测制导方法可有效用于月球软着陆过程的制导控制,且具有较高的精度和较强的鲁棒性。

摘要： 随着现代化工业和基础设施建设的飞速发展,面向大尺寸货物运送的吊车系统以其高负载能力、低成本的显著优势广泛应用于集装箱搬运、风机安装、飞机机翼机身移动、水轮发电机转子安装、海上钻井平台搭建等诸多重要领域。然而,相对于传统的点质量单摆吊车系统,面向大尺寸货物运送的吊车系统具有更高的欠驱动程度、更强的状态耦合性和更加复杂的非线性,给大尺寸货物高效、安全的运送控制带来严峻挑战。本文首先简单阐述了面向大尺寸货物运送吊车系统不同吊装形式的建模、优势和缺点;然后,详细介绍了点质量双摆吊车系统、分布式质量双摆吊车系统和多吊车协同运送系统控制的研究现状;最后,对面向大尺寸货物运送吊车系统控制的研究现状进行概括,并对可能存在的关键问题和未来的研究方向进行了讨论和展望。

摘要： 针对一类四阶欠驱动系统,提出一种基于非线性干扰观测器的解耦时变快速终端滑模控制策略。将四阶系统分解为两个二阶子系统,分别用一个关于系统状态的非线性函数设计各子系统时变滑模面的指数项参数,用第2个子系统的滑模面构造中间变量,将其引入第1个子系统的滑模面中,构造出整个四阶系统的整体滑模面。采用改进的非奇异时变快速终端滑模控制律使两个子系统的状态分别在有限时间内收敛到平衡点;同时为削弱外部扰动对系统控制效果的影响,设计了一个基于双曲正切跟踪微分器的非线性干扰观测器估计外部干扰和系统的不确定性,并将估计值补偿给控制器。利用Lyapunov稳定性原理证明了系统滑模面的渐近稳定性。将该方法应用于小车倒立摆系统的稳定控制,并与现有的解耦滑模控制算法相比,验证了其有效性及优越性。

摘要： 桥式起重机系统具有非线性、强耦合、欠驱动等特点,使用传统控制算法难以取得满意的控制效果。模糊算法与PID相结合可以在线调节PID参数,改进控制效果。针对常规模糊PID算法采用小车位移信息作为模糊控制器输入量,摆角抑制作用有限的问题,文中提出改进模糊算法,并与基于少数据、贫信息的灰色理论相结合的灰色改进模糊控制策略,即采用灰色算法预测摆角变化趋势作为模糊控制器的输入量进行模糊运算,实现PID参数随摆角变化在线整定,改善摆角控制效果。仿真结果表明,灰色预测摆角信息的改进模糊PID算法能够取得良好的防摆效果。

摘要： 针对平面单连杆柔性机械臂(planar single-link flexible manipulator,PSLFM)的振动抑制及稳定控制问题,提出一种基于粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法的轨迹优化与自抗扰控制方法,实现机器人末端执行器从任意初始位置移动到目标位置,并且抑制住由柔性连杆引起的弹性振动。首先,基于假设模态法建立柔性机械臂的动力学模型,并对该模型的欠驱动特性进行分析,得到驱动变量与欠驱动变量之间的状态约束关系。其次,基于该约束关系,运用双向轨迹规划方法为驱动变量分别规划一条前向轨迹和一条反向轨迹。然后,采用粒子群算法对轨迹参数进行优化,确保两条轨迹平滑地拼合成一条完整轨迹。最后,设计自抗扰跟踪控制器使机械臂存在外部扰动和角速度不可测情况下精确地跟踪优化的轨迹,实现机械臂的振动抑制与稳定控制。仿真与对比结果表明,所提控制方法具有更好的振动抑制效果及鲁棒性。

摘要： 针对双通道控制高超声速飞行器横侧向欠驱动、强不确定性的特点,研究了适用于工程应用的控制策略,提出一种基于特征根有界摄动分析的反馈控制鲁棒性分析方法。基于线性化近似分析和工程约束需求,给出了双通道飞行器改善荷兰滚模态动态的2种控制策略,分别为极点配置方案和模态解耦方案。提出了特征根灵敏度矩阵和有界摄动矩阵的概念,用于评估闭环系统对参数不确定的鲁棒性。基于闭环六自由度模型在标称及参数拉偏情况下,对2种方案进行了综合分析和仿真验证。仿真结果表明,2种控制方案均可以解决双通道控制问题,所提特征根有界摄动分析方法可准确评估系统的鲁棒性。

摘要： 针对四旋翼吊挂系统的控制问题,建立了一种变绳长四旋翼吊挂系统数学模型与基于该模型的无源性控制方案。首先,运用欧拉-拉格朗日方程建立四旋翼吊挂系统绳长变速变化情况下的整体数学模型。其次,为实现四旋翼的稳定轨迹跟踪和降低负载摆角的幅值,基于该模型在绳长不变的情况下设计了四旋翼吊挂系统无源性控制方案,并在此基础上设计了前馈控制器进一步抑制负载摆动。最后,在MATLAB中搭建了仿真模型,仿真结果表明所设计的控制方案能够实现四旋翼的稳定飞行,同时将摆角的幅值限制在较小的范围内。

摘要： 欠驱动系统是一类构成系统的广义坐标维数多于控制输入维数的非线性系统。旋转摆属于典型的欠驱动系统，其控制目标是通过驱动杆的水平转动使欠驱动杆由稳定平衡位置到达非稳定平衡位置。针对旋转摆系统，文中设计了摇起和平衡两种控制器。利用基于能量的控制方法设计了摇起控制器，再由LQR方法设计了平衡控制器，两种控制器通过切换实现控制转换。最后通过仿真实验验证了两种控制器的可行性。

摘要： 蚁群优化算法是基于群体的演化算法，具有收敛速度快、鲁棒性强以及全局寻优能力好等特点。论文介绍了蚁群算法的数学模型，并针对欠驱动机器人Pendubot这一典型欠驱动机械系统，运用部分反馈线性化的状态反馈控制设计摇起控制器，利用蚁群算法(ACA)进行在线自调整优化获得摇起控制器参数的最优值，为平滑而稳定地切换到平衡控制器提供了保障。仿真结果显示，该方法能大大缩短系统摇起到进入平衡状态的时间，并具有良好的动态性能和控制性能。

摘要： 仿昆扑翼飞行器是一种欠驱动系统,其控制问题具有相当的难度,基于输入参数化方法提出了一种控制方法,即通过控制振翅运动参数,在扑翼飞行器动力学系统中引入更多数目的独立控制参数直至将其转化为完全可控系统,从而解决仿昆扑翼飞行器的控制问题。结果的有效性将通过对模型的可控性分析得到证明.

摘要： 对一类由中心刚体和挠性臂构成的挠性结构，依据其动力学模型的欠驱动特性，采用受控拉格朗日函数法设计了跟踪控制律，并根据跟踪轨线应满足的匹配条件规划了期望轨线，控制系统沿期望轨线收敛到平衡点。文中闭环受控能量取特定形式，使得到的匹配条件不含偏微分方程，并给出了判断闭环系统渐近稳定性的一般方法。仿真结果表明：与镇定控制律相比，设计合适期望轨线的跟踪控制律能显著减小挠性臂的高频振动和控制量。

摘要： 对一类由中心刚体和挠性臂构成的挠性结构，依据其动力学模型的欠驱动特性，采用受控拉格朗日函数法设计了跟踪控制律，并根据跟踪轨线应满足的匹配条件规划了期望轨线，控制系统沿期望轨线收敛到平衡点。文中闭环受控能量取特定形式，使得到的匹配条件不含偏微分方程，并给出了判断闭环系统渐近稳定性的一般方法。仿真结果表明：与镇定控制律相比，设计合适期望轨线的跟踪控制律能显著减小挠性臂的高频振动和控制量。

摘要： 对一类由中心刚体和挠性臂构成的挠性结构，依据其动力学模型的欠驱动特性，采用受控拉格朗日函数法设计了跟踪控制律，并根据跟踪轨线应满足的匹配条件规划了期望轨线，控制系统沿期望轨线收敛到平衡点。文中闭环受控能量取特定形式，使得到的匹配条件不含偏微分方程，并给出了判断闭环系统渐近稳定性的一般方法。仿真结果表明：与镇定控制律相比，设计合适期望轨线的跟踪控制律能显著减小挠性臂的高频振动和控制量。

摘要： 对一类由中心刚体和挠性臂构成的挠性结构，依据其动力学模型的欠驱动特性，采用受控拉格朗日函数法设计了跟踪控制律，并根据跟踪轨线应满足的匹配条件规划了期望轨线，控制系统沿期望轨线收敛到平衡点。文中闭环受控能量取特定形式，使得到的匹配条件不含偏微分方程，并给出了判断闭环系统渐近稳定性的一般方法。仿真结果表明：与镇定控制律相比，设计合适期望轨线的跟踪控制律能显著减小挠性臂的高频振动和控制量。

摘要： 本文中我们开发了一个数学模型来描述在固定平面加速飞行的航天器.航天器被描述为刚体,晃动液体用单摆模型来等效.控制输入由作用在刚体上的横向体力和作用在质心的俯仰力矩来定义;假定液体晃动动力学未受激励.模型以非线性控制系统的形式用于研究航天器平面机动.我们开发了一个非线性反馈控制器使系统的相对平衡点达到稳定,并同时抑制系统横向、俯仰和液体的晃动运动.此控制器相比以前所做的工作有了突破性的进展,因为它可以同时控制刚体的运动和液体的晃动.

摘要： 本文中我们开发了一个数学模型来描述在固定平面加速飞行的航天器.航天器被描述为刚体,晃动液体用单摆模型来等效.控制输入由作用在刚体上的横向体力和作用在质心的俯仰力矩来定义;假定液体晃动动力学未受激励.模型以非线性控制系统的形式用于研究航天器平面机动.我们开发了一个非线性反馈控制器使系统的相对平衡点达到稳定,并同时抑制系统横向、俯仰和液体的晃动运动.此控制器相比以前所做的工作有了突破性的进展,因为它可以同时控制刚体的运动和液体的晃动.

摘要： 本文中我们开发了一个数学模型来描述在固定平面加速飞行的航天器.航天器被描述为刚体,晃动液体用单摆模型来等效.控制输入由作用在刚体上的横向体力和作用在质心的俯仰力矩来定义;假定液体晃动动力学未受激励.模型以非线性控制系统的形式用于研究航天器平面机动.我们开发了一个非线性反馈控制器使系统的相对平衡点达到稳定,并同时抑制系统横向、俯仰和液体的晃动运动.此控制器相比以前所做的工作有了突破性的进展,因为它可以同时控制刚体的运动和液体的晃动.

摘要： 本发明涉及拟人机器人技术领域，提供了一种刚柔耦合欠驱动手指及三指欠驱动机器人手，主要包括手指支撑架、第一指节、第二指节和第三指节依次可转动连接，第二指节与第三指节构成四连杆机构；第一拉簧分别与手指支撑架和第一指节相连；第二拉簧分别与第一指节和第二指节相连，第二拉簧的弹性系数大于第一拉簧；柔性带的第一端与第二指节相连，柔性带的第二端与牵拉机构相连。本发明通过柔性带的牵拉运动实现手指的弯曲与伸展，并且柔性带直接与物体进行接触抓取，由于柔性带本身的柔顺特性，可以保证柔性带与物体能够形成较大的接触面积，提高了抓取不同形状、软硬及大小物体的自适应能力。

摘要： 本发明涉及一种具有侧向自由度的欠驱动双足机器人多模式欠驱动弹性脚。用于解决在三维欠驱动双足机器人行走过程中出现的侧向偏转问题，保证机器人行走过程中的侧向平衡，起到了缓冲的作用。本发明主要由上、下两平板(5，11)组成，在上、下两平板(5，11)之间的内外两侧装有两个同类型的弹簧机构，其中的外侧弹簧(9)的弹性系数小于内侧弹簧(15)的弹性系数，在下平板(11)上安装有滚轮机构，并在下平板(11)的后面和踝关节上方小腿(1)之间安装一弹簧，在弹性脚的下平板(11)上装有接触开关，弹性脚的踝关节与小腿(1)相连处为点足接触。

摘要： 具有形状自适应的欠驱动机械手指装置及高欠驱动机械手指装置，属于拟人机械手指装置技术领域。包括第一指节、欠驱动关节和第二指节；欠驱动关节包括主动滑块、关节齿轮轴、齿条、弹簧；关节齿轮轴设置在第一指节和第二指节之间并与第二指节固接；主动滑块镶嵌在第一指节中，齿条固接在主动滑块上并与关节齿轮轴上的齿轮啮合；弹簧设置在第一指节与主动滑块之间。该装置可以作为机器人拟人手的一个手指或手指的一部分，也可以串联起来构成高形状适应性和高欠驱动的手指，用以实现机器人拟人手以较少驱动器驱动较多的手指关节自由度，并具有抓取不同形状、大小物体的自适应性，该装置结构简单、可靠，体积小、重量轻，仅需较低的控制系统要求。

摘要： 本申请公开了一种欠驱动手指及欠驱动多指手抓取系统，属于欠驱动手指技术领域。包括手指基座，手指基座设置有第一驱动机构，第一驱动机构带动与其连接的中间指节、驱动中间指节沿手指基座的宽度方向转动；中间指节内设置有传动机构，第一驱动机构通过传动机构带动与传动机构连接的末端手指、驱动末端手指沿中间指节的宽度方向转动。实现了欠驱动手指狭小空间的紧凑结构设计，提升精度和可靠性，抓取效果好；欠驱动手指均通过手指旋转轴与上盘螺纹链接，降低了结构的复杂性，电气信号线通过手指基座和手指旋转轴的过线孔进行模块间的连接。解决了现有技术中存在的“传动机构难以实时预紧、刚性差、实际抓取效果差，难以完成高质量抓取”的问题。

摘要： 本发明涉及拟人机器人技术领域，提供了一种刚柔耦合欠驱动手指及三指欠驱动机器人手，主要包括手指支撑架、第一指节、第二指节和第三指节依次可转动连接，第二指节与第三指节构成四连杆机构；第一拉簧分别与手指支撑架和第一指节相连；第二拉簧分别与第一指节和第二指节相连，第二拉簧的弹性系数大于第一拉簧；柔性带的第一端与第二指节相连，柔性带的第二端与牵拉机构相连。本发明通过柔性带的牵拉运动实现手指的弯曲与伸展，并且柔性带直接与物体进行接触抓取，由于柔性带本身的柔顺特性，可以保证柔性带与物体能够形成较大的接触面积，提高了抓取不同形状、软硬及大小物体的自适应能力。

摘要： 本发明涉及一种具有侧向自由度的欠驱动双足机器人多模式欠驱动弹性脚。用于解决在三维欠驱动双足机器人行走过程中出现的侧向偏转问题，保证机器人行走过程中的侧向平衡，起到了缓冲的作用。本发明主要由上、下两平板(5，11)组成，在上、下两平板(5，11)之间的内外两侧装有两个同类型的弹簧机构，其中的外侧弹簧(9)的弹性系数小于内侧弹簧(15)的弹性系数，在下平板(11)上安装有滚轮机构，并在下平板(11)的后面和踝关节上方小腿(1)之间安装一弹簧，在弹性脚的下平板(11)上装有接触开关，弹性脚的踝关节与小腿(1)相连处为点足接触。

摘要： 一种欠驱动系统同轴驱动式辅助力矩发生器，属于电磁力矩式力矩发生器，其特征在于，包括：外壳1、磁铁组2、电枢绕组3、前端盖6、电机8、电机座10，负载11，外壳与欠驱动系统同轴固定连接。本发明利用电磁感应原理，使用电机驱动电枢绕组在磁场中转动产生一个与电机驱动方向反向的电磁转矩，同时磁铁组受到一个与电枢绕组等大反向的反电磁转矩并传递到欠驱动系统上，为其提供所需力矩。特别地本装置提供的力矩与速度项成正比，显著降低了控制难度而且本装置可实现两级电磁式变速。本发明系统设计简单可靠，结构清晰明了，可以应用于独轮机器人、卫星、航天飞机和导弹的姿态调整，亦可应用于直升飞机或蝶形飞行器反扭矩克服等领域。

摘要： 一种欠驱动系统外周驱动式辅助力矩发生器，属于电磁力矩式力矩发生器，其特征在于，包括：外壳、磁铁组、电枢绕组、前端盖、后端盖、电机、电机支架，负载，外壳与欠驱动系统通过齿轮、凸轮或波纹配合连接。本发明利用电磁感应原理，使用电机驱动电枢绕组在磁场中转动产生一个与电机驱动方向反向的电磁转矩，同时磁铁组受到一个与电枢绕组等大反向的反电磁转矩并传递到欠驱动系统上，为其提供所需力矩。特别地本装置提供的力矩与速度项成正比，显著降低了控制难度。本发明系统设计简单可靠，结构清晰明了，可以应用于独轮机器人、卫星、航天飞机和导弹的姿态调整，亦可应用于直升飞机或蝶形飞行器反扭矩克服等领域。

摘要： 一种欠驱动系统同轴驱动式辅助力矩发生器，属于电磁力矩式力矩发生器，其特征在于，包括：外壳1、磁铁组2、电枢绕组3、前端盖6、电机8、电机座10，负载11，外壳与欠驱动系统同轴固定连接。本发明利用电磁感应原理，使用电机驱动电枢绕组在磁场中转动产生一个与电机驱动方向反向的电磁转矩，同时磁铁组受到一个与电枢绕组等大反向的反电磁转矩并传递到欠驱动系统上，为其提供所需力矩。特别地本装置提供的力矩与速度项成正比，显著降低了控制难度而且本装置可实现两级电磁式变速。本发明系统设计简单可靠，结构清晰明了，可以应用于独轮机器人、卫星、航天飞机和导弹的姿态调整，亦可应用于直升飞机或蝶形飞行器反扭矩克服等领域。

摘要： 一种欠驱动系统外周驱动式辅助力矩发生器，属于电磁力矩式力矩发生器，其特征在于，包括：外壳、磁铁组、电枢绕组、前端盖、后端盖、电机、电机支架，负载，外壳与欠驱动系统通过齿轮、凸轮或波纹配合连接。本发明利用电磁感应原理，使用电机驱动电枢绕组在磁场中转动产生一个与电机驱动方向反向的电磁转矩，同时磁铁组受到一个与电枢绕组等大反向的反电磁转矩并传递到欠驱动系统上，为其提供所需力矩。特别地本装置提供的力矩与速度项成正比，显著降低了控制难度。本发明系统设计简单可靠，结构清晰明了，可以应用于独轮机器人、卫星、航天飞机和导弹的姿态调整，亦可应用于直升飞机或蝶形飞行器反扭矩克服等领域。