一类欠驱动机械系统的非线性控制 被引量：16

1

作者 高丙团 陈宏钧 张晓华 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期104-106,110,共4页

针对一类欠驱动机械系统,分析了其数学模型,提出了一种基于部分反馈线性化的非线性控制方案.该方案利用精确线性化的方法将欠驱动系统直接激励部分线性化,将被动部分作为系统的内部动态考虑;并选择直接激励的自由度作为系统输出,进行系... 针对一类欠驱动机械系统,分析了其数学模型,提出了一种基于部分反馈线性化的非线性控制方案.该方案利用精确线性化的方法将欠驱动系统直接激励部分线性化,将被动部分作为系统的内部动态考虑;并选择直接激励的自由度作为系统输出,进行系统的轨迹跟踪控制;通过分析系统的内部动态,证明了零动态的稳定性能保证控制系统的稳定性.最后通过对吊车的负载防摆控制的研究,验证了该方案的可行性. 展开更多

关键词 非线性控制 欠驱动机械系统 部分反馈线性化 跟踪控制 吊车防摆

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基于Matlab/Simulink的欠驱动机械臂仿真实验 被引量：12

2

作者 赵海滨 刘冲 +2 位作者 陆志国 颜世玉 于清文 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2018年第6期135-138,143,共5页

根据动力学方程,利用Matlab/Simulink建立了欠驱动两杆机械臂Pendubot的仿真模型和控制器。控制器包括摆起控制器、平衡控制器和切换控制器。摆起控制器采用部分反馈线性化方法,平衡控制器采用线性二次型调节器(LQR)。首先进行Pendubot... 根据动力学方程,利用Matlab/Simulink建立了欠驱动两杆机械臂Pendubot的仿真模型和控制器。控制器包括摆起控制器、平衡控制器和切换控制器。摆起控制器采用部分反馈线性化方法,平衡控制器采用线性二次型调节器(LQR)。首先进行Pendubot系统的摆起控制,然后当接近竖直向上的位置时,将控制器转换为平衡控制器。该仿真实验有利于培养学生的实际动手能力、独立思考能力和创新能力。 展开更多

关键词 Pendubot系统 欠驱动机械臂 摆起控制 平衡控制 部分反馈线性化

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TORA的动力学建模与Backstepping控制 被引量：10

3

作者 高丙团 贾智勇 +1 位作者 陈宏钧 张晓华 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2007年第11期1284-1288,共5页

针对旋转小球在垂直平面内运动的欠驱动的具有旋转激励的平移振荡器(TORA),基于拉格朗日方程,建立其动力学模型.结合部分反馈线性化,采用一个闭环坐标变换将系统动力学转换成严格反馈的级联非线性系统,该级联系统由非线性子系统和两个... 针对旋转小球在垂直平面内运动的欠驱动的具有旋转激励的平移振荡器(TORA),基于拉格朗日方程,建立其动力学模型.结合部分反馈线性化,采用一个闭环坐标变换将系统动力学转换成严格反馈的级联非线性系统,该级联系统由非线性子系统和两个积分器组成.在设计了非线性子系统有界状态反馈算法的基础上,应用积分Backstepping给出了实现系统全局稳定的状态反馈控制器.仿真结果验证了该控制器的有效性. 展开更多

关键词 反推 具有旋转激励的平移振荡器 欠驱动 级联系统 部分反馈线性化

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基于快速起摆的Furuta摆切换控制系统 被引量：6

4

作者 高丙团 张晓华 陈宏钧 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2008年第11期1277-1280,1285,共5页

针对由一个驱动臂和一个未驱动摆杆组成的欠驱动Furuta摆系统,设计了实现其稳定的切换控制系统.控制任务是将未驱动摆杆稳定在上方不稳定平衡点的同时,将驱动臂控制到零点,分为两部分:首先基于部分反馈线性化技术设计一个饱和的状态反... 针对由一个驱动臂和一个未驱动摆杆组成的欠驱动Furuta摆系统,设计了实现其稳定的切换控制系统.控制任务是将未驱动摆杆稳定在上方不稳定平衡点的同时,将驱动臂控制到零点,分为两部分:首先基于部分反馈线性化技术设计一个饱和的状态反馈控制器,将摆杆快速控制到上方不稳定平衡点附近;然后切换到一个线性的全状态反馈控制器,实现系统的稳定控制.仿真实验验证了控制器的有效性. 展开更多

关键词 Furuta摆 切换控制 欠驱动 起摆 部分反馈线性化

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垂直摆轮式独轮车机器人的建模与平衡控制 被引量：5

5

作者 庄未 刘成举 +1 位作者 江汉 何淑通 《控制工程》 CSCD 北大核心 2016年第9期1380-1386,共7页

针对一款具有垂直摆轮平衡调整机构的独轮车机器人,建立系统的力学模型并给出一种可以实现系统前后、左右和全方位综合平衡的控制方法。采用Chaplygin方程对机器人进行建模,得到一个由6个独立广义速度组成、包含有3个欠驱动方程组成的... 针对一款具有垂直摆轮平衡调整机构的独轮车机器人,建立系统的力学模型并给出一种可以实现系统前后、左右和全方位综合平衡的控制方法。采用Chaplygin方程对机器人进行建模,得到一个由6个独立广义速度组成、包含有3个欠驱动方程组成的力学系统。对机器人的左右平衡、前后平衡和全方位综合平衡运动进行研究,将力学系统缩减降维得到对应的子集系统,引入部分反馈线性化方法将其中的欠驱动部分线性化,并选择子集系统的全状态为输出设计平衡控制器。数值仿真结果表明,合理选择控制器参数,控制器可以快速地实现车体的动态平衡,并且综合平衡运动的控制器参数可以由左右平衡和前后平衡运动的参数迅速整定出来,二者差别不大。 展开更多

关键词 独轮车机器人 动力学模型 平衡控制 部分反馈线性化

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双车把两轮车机器人同步摆把平衡控制研究 被引量：4

6

作者 黄用华 王昌盛 +2 位作者 何淑通 庄未 张杰 《控制工程》 CSCD 北大核心 2019年第7期1262-1269,共8页

针对一种具有两个车把的双轮车机器人系统,提出在同步转动车把的情况下使其保持平衡的方法.采用査普雷金方程建立系统的欠驱动力学模型;根据部分反馈线性化原理将车轮转角线性化,并选择车轮转角为控制输入,设计出系统在原地摆把定车和... 针对一种具有两个车把的双轮车机器人系统,提出在同步转动车把的情况下使其保持平衡的方法.采用査普雷金方程建立系统的欠驱动力学模型;根据部分反馈线性化原理将车轮转角线性化,并选择车轮转角为控制输入,设计出系统在原地摆把定车和曲线行进的平衡控制器;针对控制器参数漂移对系统的影响的问题,引入模糊算法对其进行在线整定以提高控制效果.对车把在±45°范围内转动时的原地和行进中平衡运动控制进行数值仿真研究.结果表明:车架俯仰角经快速调整可以由初始的倾角恢复到平衡位置,并且引入模糊算法参数整定的控制器具有更短的调整时间和较小的超调量.物理样机试验进一步验证了所提的控制器设计的有效性. 展开更多

关键词 双车把两轮车机器人 同步摆把平衡控制 査普雷金方程 部分反馈线性化 模糊算法

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两轮自行车机器人锁把平衡定位控制仿真 被引量：3

7

作者 黄用华 王昌盛 +1 位作者 何淑通 庄未 《计算机仿真》 北大核心 2018年第8期239-245,共7页

两轮自行车机器人定位控制需要综合考虑驱动车轮的定位和欠驱动车体平衡两种不同的因素,针对上述问题提出在车把锁定情况下实现一种双车把两轮自行车机器人定位平衡控制的方法。引入査普雷金方程建立系统在车把固定时的欠驱动力学模型,... 两轮自行车机器人定位控制需要综合考虑驱动车轮的定位和欠驱动车体平衡两种不同的因素,针对上述问题提出在车把锁定情况下实现一种双车把两轮自行车机器人定位平衡控制的方法。引入査普雷金方程建立系统在车把固定时的欠驱动力学模型,并采用部分反馈线性化方法将系统有直接驱动的车轮的转角线性化,取车轮转角和车体俯仰角为输出设计出平衡定位控制器。以车把锁定为两种不同转角为例对控制系统进行数值仿真。仿真结果表明:在两种不同的车把转角下,选择同样的控制器参数,车架俯仰角可以由初始的偏角快速恢复到平衡位置,而车轮转角经过一定时间的振荡也能够收敛到原点附近。物理样机试验进一步验证了所提的控制方法的有效性。 展开更多

关键词 双车把两轮自行车机器人 平衡定位控制 锁把 查普雷金方程 部分反馈线性化

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基于虚拟完整约束的欠驱动起重机控制方法 被引量：3

8

作者 赵晨 戈新生 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2019年第3期302-310,共9页

欠驱动系统的控制是非线性控制的一个重要领域,欠驱动系统指系统控制输入个数小于自由度个数的非线性系统.目前,欠驱动非线性系统动力学和控制研究的主要方法包括线性二次型最优控制方法和部分反馈线性化方法等,如何使系统持续的稳定在... 欠驱动系统的控制是非线性控制的一个重要领域,欠驱动系统指系统控制输入个数小于自由度个数的非线性系统.目前,欠驱动非线性系统动力学和控制研究的主要方法包括线性二次型最优控制方法和部分反馈线性化方法等,如何使系统持续的稳定在平衡位置一直是研究的难点.虚拟约束方法是指通过选择一个周期循环变化的变量作为自变量来设计系统的周期运动.该文以典型的欠驱动模型起重机为例,采用虚拟约束方法,使系统能够在平衡位置稳定或周期振荡运动.首先,通过建立虚拟约束,减少系统自由度变量;然后,通过部分反馈线性化理论推导出系统的状态方程;最后,通过线性二次调节器设计反馈控制器.仿真结果表明,重物在反馈控制下可以在竖直位置的附近达到稳定状态,反映了虚拟约束方法对欠驱动系统的有效性. 展开更多

关键词 欠驱动 虚拟约束 部分反馈线性化

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独轮车机器人直线定位控制的分析与实验 被引量：3

9

作者 庄未 章坤 +1 位作者 张瑞欣 黄用华 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2020年第6期29-34,共6页

针对一种欠驱动的独轮车机器人,研究该机器人在水平地面实现直线定位平衡控制问题。选取机器人位置坐标作为广义坐标,采用查普雷金(Chaplygin)方程建立系统的动力学模型;将独轮车机器人的直线定位控制过程分解为定车-加速-减速-定车四... 针对一种欠驱动的独轮车机器人,研究该机器人在水平地面实现直线定位平衡控制问题。选取机器人位置坐标作为广义坐标,采用查普雷金(Chaplygin)方程建立系统的动力学模型;将独轮车机器人的直线定位控制过程分解为定车-加速-减速-定车四个阶段,通过非线性三角函数规划行走轮轮心的期望运动轨迹;引入部分反馈线性化控制算法设计控制器,选择可变控制器参数降低各阶段轨迹动态切换对系统的影响。定位控制数值仿真和实验结果表明:在选取合适的控制参数以及初始倾角均不超过3°的条件下,直线定位综合误差均不超过0.2 m。 展开更多

关键词 独轮车机器人 直线定位控制 部分反馈线性化 可变控制参数

原文传递

欠驱动陀螺摆系统的非线性控制

10

作者 苏朋 戈新生 《北京机械工业学院学报》 2006年第3期8-11,16,共5页

欠驱动机械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。本文针对欠驱动陀螺摆系统,利用非线性控制方法分别设计了摇起和平衡控制器。运用部分反馈线性化方法设计了摇起控制器,利用精确反馈线性化方法和近似线性化... 欠驱动机械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。本文针对欠驱动陀螺摆系统,利用非线性控制方法分别设计了摇起和平衡控制器。运用部分反馈线性化方法设计了摇起控制器,利用精确反馈线性化方法和近似线性化后的LQR方法设计平衡控制器。两个控制器通过切换装置实现转换。最后通过仿真试验验证了控制器的可行性。 展开更多

关键词 欠驱动 陀螺摆 部分反馈线性化 精确反馈线性化

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欠驱动2DTORA基于部分反馈线性化的非线性控制设计 被引量：2

11

作者 高丙团 黄学良 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期321-325,共5页

具有旋转激励的两自由度平移振荡器(2DTORA)由未驱动的具有2个自由度直线运动的小车和安装在小车上的驱动旋转小球组成,针对这一新型的欠驱动系统,分析其动力学,研究其稳定控制方案.基于拉格朗日方程,建立系统的动力学模型,通过分析动... 具有旋转激励的两自由度平移振荡器(2DTORA)由未驱动的具有2个自由度直线运动的小车和安装在小车上的驱动旋转小球组成,针对这一新型的欠驱动系统,分析其动力学,研究其稳定控制方案.基于拉格朗日方程,建立系统的动力学模型,通过分析动力学的耦合,说明旋转小球目标转角设定在小车2个自由度直线运动方向上时系统是不可控的.采用部分反馈线性化技术,将系统动力学的直接驱动部分线性化,将其未直接驱动部分作为系统的内部动态考虑;选择直接驱动的自由度作为系统输出,进行反馈控制设计;通过分析系统的内部动态,证明了系统零动态的渐近稳定性,保证了整个控制系统的稳定性.最后,通过仿真实验验证了控制器的有效性. 展开更多

关键词 2DTORA 欠驱动系统 非线性控制 零动态 部分反馈线性化

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独轮车机器人驱动关节特性的分析及实验研究 被引量：1

12

作者 庄未 江汉 +2 位作者 朱赣闽 何淑通 张帆 《广西大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2016年第5期1514-1523,共10页

为了研究独轮车机器人驱动关节的特性,针对一台3驱动独轮车机器人样机,采用多种方法对其关节驱动电机的电流跟踪响应(正弦电流、指数衰减电流、阶跃电流)、速度跟踪响应(正弦速度、指数衰减速度)、力矩系数辨识以及车体俯仰平衡控制进... 为了研究独轮车机器人驱动关节的特性,针对一台3驱动独轮车机器人样机,采用多种方法对其关节驱动电机的电流跟踪响应(正弦电流、指数衰减电流、阶跃电流)、速度跟踪响应(正弦速度、指数衰减速度)、力矩系数辨识以及车体俯仰平衡控制进行了实验和分析。研究结果表明,驱动关节对不同电流和速度曲线的跟踪响应在时域上存在一定滞后,但在幅值和频率上体现了良好的动态性能,且关节驱动电机的电流与关节的输出力矩具有较好的线性关系(τi=2.47I)。利用该关系并引入了基于部分反馈线性化设计的PD控制器即可达到一定的俯仰平衡控制效果。本研究明确独轮车机器人驱动关节特性对系统平衡控制的意义,可为独轮车机器人的其他平衡运动提供理论参考。 展开更多

关键词 独轮车机器人 关节驱动特性 部分反馈线性化

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基于自适应迭代学习控制的工作艇收放装置主动减摆策略研究 被引量：1

13

作者 高云剑 史洪宇 《机电设备》 2015年第3期51-57,共7页

工作艇收放装置主要用于完成快速、安全地将舰船上的小艇及人员移至水面,或安全回收工作艇至舰船上等海上任务。针对这一典型的欠驱动机械系统,采用拉格朗日方程的方法建立其动力学模型。根据舰船在海上的实际运动情况,对系统的二维动... 工作艇收放装置主要用于完成快速、安全地将舰船上的小艇及人员移至水面,或安全回收工作艇至舰船上等海上任务。针对这一典型的欠驱动机械系统,采用拉格朗日方程的方法建立其动力学模型。根据舰船在海上的实际运动情况,对系统的二维动力学模型进行描述,分析小艇摇摆的二维平面摆角,研究其在船体运动影响下的变化情况。然后在上述非线性动力学模型的基础上,针对系统的摆动部分,为其设计自适应迭代控制闭环控制器,达到消摆的目的。最后,仿真结果证明了此控制方法的有效性。 展开更多

关键词 工作艇收放装置 动力学模型 拉格朗日方程 部分反馈线性化 自适应迭代学习控制

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一种独轮车机器人俯仰平衡运动的控制与实现 被引量：1

14

作者 庄未 江汉 +2 位作者 刘成举 何淑通 张明明 《计算机测量与控制》 2016年第1期122-125,共4页

针对一台3驱动独轮车机器人系统,对其运动学和动力学特性进行了分析,给出了一种可实现其前后俯仰平衡运动的控制策略;通过对独轮车俯仰运动分析,建立了独轮车俯仰平衡运动的简化力学模型;采用部分反馈线性化的控制方法对车体俯仰角进行... 针对一台3驱动独轮车机器人系统,对其运动学和动力学特性进行了分析,给出了一种可实现其前后俯仰平衡运动的控制策略;通过对独轮车俯仰运动分析,建立了独轮车俯仰平衡运动的简化力学模型;采用部分反馈线性化的控制方法对车体俯仰角进行了线性化处理,以车体俯仰角和行走轮转角为输出设计了控制器;最后,通过数值仿真实验和物理样机实验验证了力学模型的可靠性和所设计的控制器的有效性。 展开更多

关键词 独轮车机器人 俯仰平衡运动 部分反馈线性化

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一种前轮驱动自行车机器人的原地回转运动控制与实现

15

作者 黄用华 廖启征 +1 位作者 魏世民 郭磊 《测控技术》 CSCD 北大核心 2012年第9期45-50,共6页

建立了一种前轮驱动自行车机器人在车把和车架成正交构型时的动力学模型,重点研究其原地回转运动的稳定平衡控制方案。根据车把和车架成正交的特点并结合前轮纯滚动条件推导出车架航向角速率,基于Lagrange方程建立系统的动力学模型;采... 建立了一种前轮驱动自行车机器人在车把和车架成正交构型时的动力学模型,重点研究其原地回转运动的稳定平衡控制方案。根据车把和车架成正交的特点并结合前轮纯滚动条件推导出车架航向角速率,基于Lagrange方程建立系统的动力学模型;采用部分反馈线性化技术,将欠驱动的车架横滚角线性化,并选择系统全部自由度为输出,通过给定一个角度的横滚角为系统的原地回转运动设计非线性控制器。数值仿真控制与实物样机实验表明,控制器可以稳定地实现自行车机器人的原地回转运动,并且改变车架横滚角的给定值可以得到不同的回转运动频率,两者的关系可以近似地描述为一个简单的线性函数。 展开更多

关键词 自行车机器人 前轮驱动 回转运动 部分反馈线性化 平衡控制

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倒立摆的局部反馈线性化控制方法

16

作者 陈玉敏 曲延滨 《微计算机信息》 2009年第22期4-6,共3页

针对一级倒立摆系统,基于局部反馈线性化方法将系统的动力学转换为便于控制器设计的级联系统模型,并利用线性矩阵不等式设计了满意PID控制器。实验结果表明,该方案实现了系统输出对指令信号的精确跟踪且具有抗干扰能力。

关键词 局部反馈线性化 线性矩阵不等式 满意PID控制

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基于虚拟完整约束的欠驱动球摆系统稳定性控制

17

作者 赵晨 戈新生 《北京信息科技大学学报（自然科学版）》 2019年第4期36-40,共5页

应用虚拟完整约束方法分析了欠驱动球摆系统的控制稳定问题。首先建立球摆系统的拉格朗日动力学模型,确定系统广义坐标间的线性约束关系,利用反馈线性化方法求得系统的状态方程,并设计出基于线性二次调节器的反馈控制器。仿真结果表明... 应用虚拟完整约束方法分析了欠驱动球摆系统的控制稳定问题。首先建立球摆系统的拉格朗日动力学模型,确定系统广义坐标间的线性约束关系,利用反馈线性化方法求得系统的状态方程,并设计出基于线性二次调节器的反馈控制器。仿真结果表明摆球可以在铅垂面内进行周期摆动且运动轨迹与期望结果相吻合,证明了虚拟约束方法对欠驱动球摆系统稳定控制的可行性和有效性,为以后解决其他高阶复杂欠驱动系统的控制问题提供了新的思路。 展开更多

关键词 欠驱动 虚拟完整约束 部分反馈线性化 球摆系统

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45°车把转角下前轮驱动自行车机器人的定车运动 被引量：5

18

作者 黄用华 廖启征 +1 位作者 魏世民 郭磊 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期16-22,共7页

针对无配重调节器的自行车机器人在低速下不易平衡的问题,以一种前轮驱动自行车机器人为对象,给出其力学模型及在45°车把转角下定车运动的实现方法。通过车轮转弯半径分析推导出后轮角速度、车架航向角速度与前轮驱动速度、车把转... 针对无配重调节器的自行车机器人在低速下不易平衡的问题,以一种前轮驱动自行车机器人为对象,给出其力学模型及在45°车把转角下定车运动的实现方法。通过车轮转弯半径分析推导出后轮角速度、车架航向角速度与前轮驱动速度、车把转角的关系,采用拉格朗日方程建立系统的力学模型;根据部分反馈线性化原理,将包含车架横滚角的欠驱动子系统线性化,设计出自行车机器人45°车把转角下定车运动的平衡控制器。仿真控制结果表明,合理选择控制参数,控制器可以快速地实现自行车机器人在45°车把转角下的定车运动;样机试验结果进一步证明,控制器可以使自行车机器人在不超过驱动电动机的力矩容限下实现45°车把转角下的定车运动。定车运动的实现从理论和试验两个方面证明,自行车机器人在低速下可以不需要配重调节器,仅依靠车把转动和前轮驱动保持稳定平衡。 展开更多

关键词 自行车机器人 前轮驱动 45°车把转角 定车运动 部分反馈线性化

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仿蛙跳跃机器人起跳任务规划与控制 被引量：2

19

作者 胡胜海 邓坤秀 +1 位作者 郭彬 徐鹏 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2013年第7期341-344,共4页

研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制。利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机... 研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制。利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机器人系统起跳动力学方程中的非线性部分线性化,设计了滑模变结构控制器对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段的质心轨迹进行跟踪控制。结果表明滑模控制器能够使质心轨迹精确地跟踪给定轨迹,解决了仿蛙跳跃机器人的起跳任务优化控制问题,验证了提出的任务空间控制方法用于仿蛙跳跃机器人起跳任务规划的可行性。 展开更多

关键词 仿蛙跳跃机器人 起跳任务规划 任务空间控制 部分反馈线性化

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