欠驱动非完整机械系统的鲁棒控制

讨论了一类不确定欠驱动非完整机械系统的跟踪控制问题。基于所定义的误差方程,提出了新的鲁棒控制器。该控制器不但对系统惯性参数的不确定具有鲁棒性,而且保证了系统的跟踪误差渐近趋于零。数字仿真验证了所提出控制器的有效性。     

基于曲面主方向的正交系的非完整基理论及其在流体力学中的相关应用

本文将微分几何中光滑曲面上局部存在的基于主方向的正交系联系于张量分析中的非完整基理论,以此为曲面与其邻域上的张量场场论提供了一种新方法,称为基于曲面主方向的正交系的非完整基理论。这种场论方法,基于基面的沿主方向的参数坐标,然后沿基面的法方向进行空间延拓,以此获得基面邻域内的完整的正交系。对此引入非完整基理论,可得所有的非零Christoffel符号直接对应为基面或者当地曲面的主曲率或者测地曲率,因而张量场的各种微分算子相对于曲面的主方向与法方向展开,所得分量表达式仅含物理量与曲面曲率。由此不仅可以清晰地展现曲面几何特征与物理量/物理过程之间的关系,而且所获得的分量表达式形式上最为简单。另一方面,经典的诸如柱坐标系、球坐标系等正交系也隶属基于曲面主方向的正交系,从而本文方法可以统一相关正交系下的张量场场论。作为应用,本文推导了可变形曲面上涡量、涡量法向梯度与变形率张量的表达式,曲面上流体边界层方程的分量方程,曲面介质相关守恒律方程等。     

三自由度平面欠驱动机械臂的轨迹跟踪控制

研究了三连杆平面欠驱动机械臂的轨迹跟踪问题.机械臂的第3个关节为被动关节,施加在自由运动连杆上的动力学约束是二阶非完整的.通过全局输入和坐标变换,系统的动力学方程被变换成高阶链式形式.基于后推法(backstepping)的思想推导出保证系统全局渐近收敛于参考轨迹的时变反馈控制规律.后推法将系统分解为低阶子系统来处理,利用中间虚拟控制变量和部分Lyapunov函数简化了控制器的设计.数值仿真结果显示系统能稳定地跟踪参考轨迹,也证明了控制器设计是有效的.      

一类不确定非完整运动学系统的鲁棒镇定

确定非完整运动学系统的镇定问题已有许多研究,然而当实际系统几何参数未知,特别是控制系统考虑不校准视觉测量时,运动学系统是不确定的.研究针对一类典型的不确定非完整运动学系统,即非完整移动机器人的鲁棒镇定问题.通过对质心和几何中心不重合情况下两轮独立驱动移动机器人镇定问题的研究,得到了以两独立驱动轮速度为控制输入的机器人运动学模型.对于车轮半径和两驱动轮之间距离参数已知情况下提出了光滑的时变镇定律,并针对这两个参数未知时,给出了鲁棒控制律设计方法.对这两类控制律下的闭环系统分别给出了严格的渐近稳定性证明.这类设计方法对于研究一般的不确定非完整运动学系统的镇定问题具有一定的启发意义.仿真试验验证了提出方法的有效性.      

不确定非完整动力学系统的变结构指数镇定

链式系统是非完整运动学系统的一种标准形式. 通过坐标和输入变换,许多非完整运动学系统均可化为这种形式.当非完整运动学系统可化为链式系统时, 直接基于一类不确定非完整动力学系统, 利用变结构控制的方法设计了全局镇定控制律. 该控制律的特点是: 存在一个有限时间,使得在此时间后闭环系统的状态可以以任意速率指数收敛到零. 最后将该方法用于一类移动机器人的控制器设计,仿真结果验证了该方法的有效性.      

液压不完全约束传动系统建模及控制算法

目前不完全约束传动机构(NCT,Nonholonomic Constraint Transmission)全部采用电机驱动,存在结构复杂、造价昂贵等不足.在变量泵串连组成的闭式液压系统中液体流量具有连续性,泵的转速和排量成反比,通过调节变量泵排量可以达到调节变量泵转速的目的,据此原理提出液压不完全约束传动系统(HNCTS,Hydraulic Nonholonomic Constraint Transmission System).介绍了由变量泵串连组成的HNCTS原理方案,阐述了HNCTS的优点,建立了基于HNCTS的两自由度平面Cobot数学模型,使用模糊控制算法实现了HNCTS的控制,最后进行仿真研究.仿真结果表明:①模糊控制算法可以实现HNCTS的解耦控制;②HNCTS可以实现Cobot的被动约束控制、跟踪期望轨迹.      

自由漂浮的空间机器人系统的动力学奇异特性分析及其运动规划

首先建立了受非完整约束的自由漂浮空间机器人系统的运动学模型,继而深入分析了系统的动力学奇异性,然后,重点探讨了基于 Lyapunov函数的空间机器人避奇异运动规划方法,最后给出了方法的实例仿真并分析了仿真结果。