四轮全向移动机器人的双闭环速度控制系统设计

设计了四轮全向移动机器人的传感器信息采集硬件电路,并通过分析四轮全向移动机器人的运动学模型,提出了基于TI公司最新研发的TMS320F28069为主控制器的直流电机双闭环速度控制方案.试验结果表明:所提控制方案能够满足四轮全向移动机器人速度控制的要求,且响应速度快、误差小.     

移动机器人的轨迹跟踪控制新方法

针对运动学模型描述的移动机器人系统,研究了移动机器人的轨迹跟踪控制问题,基于Lyapunov直接法,设计出了具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器,满足了移动机器人的轨迹跟踪要求,并分析证明了系统可实现全局渐近稳定。最后,仿真结果表明从较大初始跟踪误差很快收敛到零误差,闭环系统稳定,具有良好的动态特性。     

基于Lyapunov方法的轮式移动机器人全局轨迹跟踪控制

针对轮式移动机器人的运动学模型,通过设计复合跟踪误差,利用Lyapunov直接法,构造出了具有全局渐近稳定的全局渐近跟踪控制器,实现对参考轨迹的全局渐近跟踪,并根据Lyapunov稳定性定理证明了系统的全局渐近稳定性.最后,给出的仿真结果表明,初始跟踪误差很快收敛于零,轨迹跟踪效果良好,闭环系统具有良好的动态性能和全局稳定性,适用于轮式移动机器人的全局轨迹跟踪控制.     

基于门限偶极子模型的四轮车变速度轨迹跟踪控制

针对利用李亚普诺夫函数控制律设计的轨迹跟踪控制器在跟踪初始误差较大和离散轨迹时,存在速度跳变问题和拐点处误差偏大的问题,设计了一种基于门限偶极子模型和趋向模型的变速度轨迹跟踪控制器。以四轮车的运动学模型为研究对象,在李亚普诺夫函数控制律的基础上,引入门限偶极子模型解决了初始误差较大速度跳变问题,同时引入纵向控制中的趋向模型,解决了不连续轨迹拐点处误差偏大的问题,使得跟踪轨迹更为光滑,进一步提高了跟踪精度。通过仿真结果对比分析,验证了改进控制器的有效性。     

自组织模糊控制的自动泊车路径跟踪控制器

针对自动泊车路径跟踪控制非线性和时变性的特点,提出了基于自组织模糊控制的路径跟踪控制算法。依据车辆的运动学模型规划出一条基于正弦函数的泊车轨迹曲线,设计了具有学习机制的自组织模糊控制器进行泊车路径跟踪控制。仿真实验表明,自组织模糊控制器有效地解决了自动泊车的控制问题,该控制系统跟踪误差小,响应速度快,控制效果优于常规的非线性输入输出反馈线性化控制器。     

未知负载轮式移动机器人轨迹跟踪控制

针对差分驱动的轮式移动机器人实际运动过程中,因负载未知或不均导致左右轮半径大小不确定情况下,无法对指定参考轨迹进行跟踪的问题,提出了一种新型的自适应反演轨迹跟踪控制策略。基于轮式移动机器人的运动学模型,结合反演方法,根据移动机器人的位姿误差微分方程选择合适的Lyapunov函数,确定正确的控制率和参数自适应率,使跟踪误差收敛,保证系统的稳定性,满足了轨迹跟踪控制要求。通过自适应控制策略对未知负载下车轮的半径进行估计,使移动机器人在车轮形变未知的情况下依旧能够精确跟踪指定的参考轨迹,根据Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性进行了证明,利用计算机进行仿真,验证所提出控制策略的正确性。     

风场中平流层飞艇轨迹跟踪的滑模控制方法

为实现平流层飞艇驻空阶段可控飞行，研究环境风场中横侧向轨迹跟踪的滑模控制方法。建立平流层飞艇驻空阶段动力学模型，将动力学方程解耦为纵向运动方程和横侧向运动方程，采用小扰动方法对动力学方程进行线性化；利用滑模控制对外部干扰强鲁棒的特性，设计横侧向轨迹跟踪的滑模控制器；以直线与圆组成的复合轨迹跟踪控制为例，对提出的轨迹控制方法进行仿真验证。仿真结果表明，所提基于滑模的轨迹跟踪控制方法鲁棒性好，在一定范围的风场扰动条件下，可以实现对指令轨迹的有效跟踪控制，响应特性好。     

基于迭代学习控制的四旋翼飞行器轨迹跟踪

为实现四旋翼飞行器对给定轨迹的精确跟踪,提出了一种四旋翼飞行器的迭代学习轨迹控制算法。首先,建立了四旋翼飞行器的动力学模型,并基于小扰动方法对模型进行了线性化处理;其次,提出基于飞行器模型反演推导的轨迹跟踪外环控制以及基于迭代学习控制算法的高度与姿态内环控制,通过在迭代对控制输入的迭代优化,使得四旋翼飞行器不断逼近期望的轨迹,从而达到高精度的控制目标。最后,通过理论分析以及计算机仿真实验,验证了所提算法的有效性。     

三关节机器人的神经网络补偿自适应控制器设计

三关节机器人广泛用于工业生产、轮式或履带式排爆机器人,为了补偿由于机器人结构参数、作业环境干扰等不确定性因素造成的机器人动力学模型的不确定性,将机器人动力学模型分解为名义模型和误差模型两部分,其误差模型采用RBF神经网络进行补偿,得到其估计信息,神经网络的输出权值根据Lyapunov稳定性理论采用自适应算法进行调整。所设计的神经网络补偿自适应控制器解决了不确定性机器人动力学系统控制器设计的不确定性问题,同时,通过定义Lyapunov函数,证明了控制器能渐近、稳定地跟踪期望轨迹。机器人的3个关节在控制器的作用下,约在5 s时达到期望轨迹,神经网络约在5 s时逼近机器人动力学模型的误差模型,实验结果表明了机器人关节对期望轨迹具有良好的轨迹跟踪性能。     

面向目标对峙跟踪的四旋翼协同编队控制方法

针对多四旋翼编队飞行过程中对地面目标对峙跟踪、几何队形生成、稳固保持和协同抗干扰问题,设计了一种可应对外部环境干扰和气动参数不确定性的多四旋翼主从式协同目标跟踪方法。首先,建立存在外部干扰以及参数不确定性的四旋翼运动学/动力学模型;其次,基于Lyapunov导航向量场设计领航者的对峙跟踪航迹使得领航者以固定对峙半径实现对目标的盘旋跟踪;然后,构造多四旋翼分布式位置保持控制器,为后续姿态控制器构造提供必要的期望指令;最后,针对四旋翼外部环境干扰和气动参数不确定性设计基于自抗扰控制的多四旋翼姿态跟踪控制器。仿真结果表明所提方法可以在局部智能体通信的前提下实现对地面目标的对峙跟踪,显著改善四旋翼编队系统的抗干扰能力,提升干扰环境下多四旋翼编队几何构型的稳固性。     

变桨距四旋翼无人飞行器航迹跟踪控制

针对传统定桨距四旋翼无人飞行器定桨距机构限制的问题,提出一种变桨距电机旋翼系统。在电机旋翼系统动力学模型的基础上,根据最小二次型最优控制方法设计了变桨距电机旋翼系统控制律,基于牛顿-欧拉方程和四元数运动学,建立了四旋翼飞行器动力学模型,推导了桨距角分配矩阵,设计了航迹跟踪控制律。仿真结果验证了变桨距技术相对定桨距技术在控制响应方面的优势,证明了提出的控制方法能够实现对变桨距四旋翼飞行器的高精度航迹跟踪控制。     

基于干扰观测器的高超声速飞行器Terminal滑模控制

针对高超声速飞行器控制系统纵向平面轨迹跟踪问题,提出了一种基于干扰观测器的终端(Terminal)滑模控制器设计方法。将结构的弹性振动视为刚体动力学系统中的不确定因素,采用Terminal滑模控制方法设计速度和高度控制器。为增强控制器的鲁棒性,设计了一种非线性干扰观测器对模型不确定项进行自适应估计和补偿。仿真实验表明,该控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有鲁棒性,能够实现对速度和高度参考输入的稳定跟踪。     

基于模糊控制的6×6滑动转向无人地面车辆轨迹跟踪控制算法

针对滑动转向无人地面车辆的轨迹跟踪控制问题,考虑其横向运动不可控的特点,采用解耦设计方法,对车辆沿x轴的纵向运动和绕z轴的旋转运动分别进行控制,根据模糊控制理论,设计了包括车辆纵向速度模糊控制器和偏航角速度模糊控制器在内的轨迹跟踪控制器.为确保运动平稳,防止车轮打滑,引入了受限控制策略,对纵向速度和偏航角速度进行PD闭环控制,保证车辆运动所需的总的纵向驱动力和偏航扭矩,并采用平均分配的方法将纵向驱动力和偏航扭矩分配为6个车轮驱动扭矩命令值.通过RecurDyn软件建立了车辆虚拟样机动力学模型,并采用联合仿真的方法对所提算法进行了仿真,结果表明该算法是有效的.     

一种无人地面车的轨迹跟踪控制方法

针对无人地面车辆经典轨迹跟踪控制方法的不足,提出了一种基于无人地面车辆运动学模型的轨迹跟踪控制算法。在算法中引入了位姿的纵坐标误差,以加快跟踪的逼近速度,并利用人工驾驶的思想,采用了一种位一姿交替控制的方法,使路径跟踪既准确又快速。仿真结果表明：该方法是有效的,且可使无人地面车具有更好的跟踪性能。     

基于分数阶S面模型的四旋翼轨迹跟踪控制

四旋翼无人机具有欠驱动、非线性、强耦合的特点。针对四旋翼无人机轨迹跟踪控制中跟踪精度低,抗外界干扰能力弱的特点,通过对四旋翼无人机进行四元数建模,使用误差四元数作为控制器输入,消除了无人机在机动角度过大时的奇点问题,提出了一种分数阶S面的控制方法,即将分数阶PID控制与S面控制融合,作为一个新的控制器。轨迹跟踪试验表明,分数阶S面控制器在四旋翼无人机控制模型中的累计误差明显小于分数阶PID,证明了该方法具有抗风扰能力强、跟踪精度高的特点。     

一种应用于移动机器人的路径跟踪控制方法

针对移动机器人的路径跟踪复杂性问题,设计了一种易于实现的控制系统,其中的跟踪策略改进了传统的视线导航算法,使机器人光滑趋近到期望路径,控制器的设计采用基于模糊逻辑的变速度控制和角速度滑模控制,减小了角速度的抖振,并使控制具有一定的智能化特点.实验结果表明,设计的控制系统即可以保证路径跟踪的精度,同时避免了运动控制的不稳定性.     

欠驱动再入飞行器的抗饱和姿态控制器设计

针对只有两个舵的欠驱动再入飞行器,设计了具有抗饱和功能的姿态跟踪控制器.控制器的设计过程中,首先将姿态运动学与动力学模型分解成慢回路和欠驱动的快回路,然后分别针对快回路和慢回路设计了超扭曲滑模控制器和分层滑模控制器,最后通过仿真验证了该方法的有效性.     

欠驱动USV自主航行控制算法研究

为保证复杂海洋环境下欠驱动无人艇的安全航行控制,设计了一种具有航迹实时规划和动态跟踪能力的无人艇自主航行控制算法。首先,基于激光雷达的高精度环境探测能力,借鉴向量场直方图算法设计的基本原理提出了一种新的航迹实时规划算法;然后,基于无人艇三自由度运动学和动力学模型,利用视线法导引和输出反馈控制方法设计了航迹跟踪控制算法,并给出了系统的稳定性分析。理论分析和仿真实验结果证明:所设计的自主航行控制算法能够成功实现未知海洋环境下的安全航迹实时规划和航迹动态稳定跟踪功能。     

欠驱动再入飞行器的抗饱和姿态控制器设计（英文）

针对只有两个舵的欠驱动再入飞行器,设计了具有抗饱和功能的姿态跟踪控制器。控制器的设计过程中,首先将姿态运动学与动力学模型分解成慢回路和欠驱动的快回路,然后分别针对快回路和慢回路设计了超扭曲滑模控制器和分层滑模控制器,最后通过仿真验证了该方法的有效性。     

基于机器视觉的AGV路径跟踪

以前轮转向、后轮驱动的四轮移动AGV为研究对象,设计控制器使其能自动寻线前进。为实现对标识线路径的识别和跟踪,提出一种原理简单的视觉图像处理方法并加以改进,提取出路径信息。最后基于预瞄理论和车运动学模型,将被跟踪路径分成若干长短不一的微段,以微小折线段逼近参考路径的曲线段,进行分段跟踪。实验证明:系统能很好地满足AGV对路径识别性能和抗干扰能力的要求,实时性好,能按照任意给定的道路标识线平稳地寻迹。