复杂扰动下水下机器人的轨迹精确跟踪控制

[目的]针对外界复杂干扰下水下机器人三维轨迹精确跟踪控制的问题,提出一种基于有限时间扰动观测器的非奇异终端滑模控制方法.[方法]设计非奇异终端滑模轨迹跟踪控制器,保证跟踪误差在有限时间内精确收敛到零.在外界多维度时变干扰下,设计有限时间扰动观测器,提高系统的抗干扰能力.[结果]利用Lyapunov函数证明所设计控制策略...     

一种离散变结构组合控制策略在 UUV 舵机系统中的应用

对离散变结构控制理论中的离散趋近律方法进行研究,提出一种新的可期待原点稳定性的趋近律—离散变速趋近律,其特点是与系统状态范数成正比,并能够产生扇形切换区。以变速趋近律和传统趋近律为基础,形成一种具有良好性能的组合控制策略。将该组合控制策略应用于UUV舵机系统的无刷直流伺服电机的控制,仿真结果表明,无论是否存在外部扰动的影响,所设计的控制器对给定位置信号都具有很强的跟踪能力。     

基于高增益观测器的船舶航迹鲁棒跟踪控制

为实现水面船舶的航迹精确跟踪控制,考虑了海浪干扰对控制系统的影响,提出了基于高增益观测器的鲁棒最优控制方法。首先,针对系统内部不确定性和外界扰动对控制精度带来的影响,建立了含有系统复合扰动的非线性航迹跟踪模型;进而,设计高增益观测器对系统复合扰动进行估计和补偿,并设计一个带有前馈补偿器的最优控制器,获得系统的期望跟踪性能。最后针对某船舶进行了航迹跟踪控制的数值仿真试验,仿真结果表明设计的控制器对外界海浪干扰有较好的抑制作用,可以实现船舶航迹的精确跟踪。     

考虑模型偏差和时变扰动的水下机器人轨迹跟踪控制

本文针对考虑模型不确定性和时变外界环境扰动的水下机器人轨迹跟踪问题展开研究。首先基于水下机器人水平面运动学和动力学方程,结合有限时间控制方法设计一个有限时间扰动观测器用于对总扰动进行实时估计。随后基于反步滑模控制完成带扰动观测器的轨迹跟踪控制律设计,并采用二阶滤波器对虚拟控制信号进行过滤,增设滤波补偿系统用于保证滤波信号的精度。选择高增益扰动观测器和传统反步滑模控制器分别作为扰动观测器和控制器的对比项。最后在Matlab Simulink平台中进行了轨迹跟踪仿真实验。仿真结果表明,所设计的扰动观测器能够对总扰动实现快速且准确的观测估计,且水下机器人能够对目标轨迹能实现较好的跟踪效果。本文所设计的控制器可以使水下机器人快速地跟踪上目标轨迹,且相较于传统反步滑模控制器有着更小的跟踪误差。     

六相双机共轴驱动系统的主从式控制策略研究

双电机共轴驱动是针对传船舶电力驱动的一种有效途径,为解决快速跟踪性和容错性问题,根据双Y移30°六相异步电机的结构,建立两相旋转坐标系下的电机数学模型,并利用Matlab/Simulink完成共轴双电机S函数建模。在单电机矢量控制基础上,研究六相双电机共轴驱动系统主从控制策略并进行仿真分析。仿真结果表明：主从控制式六相双机共轴驱动系统在正常工作情况下,跟踪性能良好,具有较好的抗负载扰动能力;在故障情况下,能合理改变两电机输出比例,确保故障电机不过载。     

基于电压补偿的六相永磁同步电机三电平驱动系统与两电平变频驱动系统的比较

六相永磁同步电机及其驱动系统具有诸多优点,对其研究具有重要意义。然而六相永磁同步电机相间的耦合较为严重, d-q电流存在扰动。为了减小扰动现象,本文提出基于电压补偿的控制策略,与六相永磁同步电机三电平变频调速系统相结合,进行仿真论证。本文建立六相永磁同步电机双dq模型,设计基于电压补偿的控制策略,与不进行补偿的控制策略进行对比分析,仿真研究结果论证了基于电压补偿的控制策略优于无补偿的控制策略.。此外本文基于电压补偿的控制策略,结合六相永磁同步电机三电平变频驱动,本文还对六相永磁同步电机三电平变频驱动与两电平变频驱动的性能进行了仿真分析。仿真结果表明六相永磁同步电机三电平变频驱动系统较两电平变频驱动系统谐波畸变率更低,转矩的抖动更小。基于电压补偿的六相永磁同步电机具有更好的工程使用价值。     

光电跟踪伺服转台控制技术

论文介绍了一种光电跟踪伺服转台系统的控制原理,提出并研究采用交流伺服电机驱动,旋转变压器反馈,ARM9数字控制器,PWM功率驱动的方案。应用带速度前馈和转矩前馈的闭环增量式PID控制策略,实现了对目标的高精度稳定跟踪。对系统硬件电路、控制算法、软件流程等做了详细的介绍。系统利用ARM9丰富的片上资源,极大地简化了电路的硬件结构。实验表明,本系统采用的控制策略使得系统获得了优良的动态品质和较高的跟踪精度。     

带扰动观测器的欠驱动水面无人船轨迹跟踪控制

为实现三自由度欠驱动水面无人船在未知外界扰动下的轨迹跟踪,本文设计一种带扰动观测器的反步法轨迹跟踪控制器。首先,构造扰动观测器估计未知扰动,对纵荡以及首摇2个自由度方向上的控制量进行前馈补偿。然后,为增强系统抗扰动能力并加快误差收敛速度,将水面无人船位置误差的积分项引入控制系统,分别在运动学和动力学回路中构造虚拟控制律镇定跟踪误差,过程中结合神经动态模型技术,解决了传统反步法的微分爆炸问题,同时有效避免了控制过程中的控制不连续问题。最后,仿真实验验证了所设计控制器的有效性。     

基于反馈线性化的船载自稳平台非奇异滑模控制

船载自稳平台在深海区恶劣环境中易受负载力扰动和传感器噪声干扰,文章基于反馈线性化提出一种非奇异终端滑模控制器,并利用正切sigmoid函数和终端吸引子函数设计跟踪微分器以减少噪声干扰,最后利用MATLAB/Simulink开展S175型集装箱船模型在5级海况下的自稳控制仿真分析.研究发现,提出的控制策略可显著提高液压控制系统的精度和鲁棒性,能有效抑制传感器噪声和负载力扰动对液压位置追踪精度的影响,并且可以无抖振地跟踪船舶运动补偿工况下的复杂控制信号,对研发高精度船载液压自稳平台控制系统提供参考.     

基于ESO和动态逆的欠驱动船舶航迹跟踪控制设计

针对欠驱动船舶航迹跟踪控制问题,考虑船舶动态不确定性、未知时变外部扰动和速度不可测的情况,将输出重定义方法、扩张状态观测器(extended state observer, ESO)和动态逆控制方法相结合,设计欠驱动船舶航迹跟踪控制律。输出重定义方法用来解决系统欠驱动问题；构造ESO,估计由船舶动态不确定性、未知时变外部扰动以及船舶各自由度运动状态变量间的耦合构成的总扰动和船舶速度；基于上述,采用动态逆控制方法,设计航迹跟踪控制律,使欠驱动船舶跟踪期望航迹,并保证航迹跟踪闭环控制系统所有信号最终一致有界。以一艘欠驱动船舶为例进行仿真研究,仿真结果验证了所设计的航迹跟踪控制律的有效性和优越性。     

基于滑模控制的作动器研究

为有效地消除船甲板由于发动机或螺旋桨不平衡矩所引起的振动,研制了一种新型作动器,其激振频率及激励力幅值均可实现在线调节,由于这种激励幅值的在线调节,使得整个系统的控制方程为非线性,为了消除控制系统参数变化和外部扰动对其跟踪性能的影响,将滑模控制引入其伺服跟踪控制,同时为了减小滑模控制器的颤抖采用了基于趋近律的位置及速度跟踪.仿真及实验结果表明滑模控制器具有较强的鲁棒性和跟踪性能,能有效地控制船甲板的振动.     

基于逆推方法的非线性船舶航迹跟踪控制

基于包括科氏向心矩阵和非线性阻尼项的、带恒值扰动的非线性船舶水面运动数学模型,采用带积分器的逆推(Backstepping)设计工具,设计船舶航迹跟踪控制律;并借助Lyapunov函数、应用相关引理证明了所设计的船舶航迹跟踪控制律使得最终的闭环航迹跟踪控制系统一致全局渐近稳定,达到航迹跟踪控制的目的.仿真研究表明,所设计的控制律使船舶能够克服恒值扰动跟踪期望航迹,且控制量合理,从而验证了所设计控制律的有效性.     

基于ADRC的船舶主机控制器设计与仿真研究

船舶主机速度控制系统由于具有典型的非线性和不确定性特性,并受到调速器执行能力的约束以及风、浪、流等的干扰,使得主机速度控制器的设计非常困难。该文给出了带有船舶主机速度控制非线性数学模型以及海浪扰动数学模型,对自抗扰控制(ADRC)原理进行了简要介绍;设计了船舶主机ADRC控制器。仿真结果表明:该控制器对于船舶主机的非线性、参数不确定性、环境不确定性以及控制对象的模型变化均有较强的鲁棒性;速度切换控制过程快速、平滑,油门调整小,可以实现高精度的速度控制。     

水下遥作业系统的协调控制的研究

针对带缆水下机器人和机械手组成的水下遥作业系统协调作用实现预期运动的问题,改进了传统的滑模控制算法,用模糊算法动态调节滑模控制器的指数趋近律的两个参数,达到削弱抖震的效果,较好地跟踪系统的轨迹,实现水下机器人和机械手的协调控制。结果表明基于模糊动态调整滑模指数趋近律的方法能够改进系统的控制性能,在机器人和机械手共同运动时能克服系统的误差和外界扰动,达到较好的控制效果。     

深弹舵机电动加载系统的滑模模糊自适应控制研究

针对某型深弹舵机电动加载控制系统存在跟踪精度、参数不确定性和干扰问题,将滑模变结构与模糊自适应控制相结合,设计了一种滑模自适应控制方案。在滑模控制中引入自适应参数调节律和模糊控制规则,采用自适应律实时调节控制器,采用模糊控制消除抖颤。仿真结果表明,滑模模糊自适应控制方法不仅改善了舵机电动加载系统的跟踪精度,而且还有效地消除外界干扰、抑制抖振,具有很强的鲁棒性。     

船舶航向线性自抗扰积分滑模控制

针对能更加精确地描述船舶动态性能的Bech模型航向控制问题，构造三阶跟踪微分器，对期望航向及其微分进行精确提取，提出了一种基于线性自抗扰的积分滑模航向控制器。该控制器采用线性扩张观测器对实际航向与内外界总扰动进行在线估计与补偿；引入积分滑模面函数，设计非线性误差反馈控制律，加快系统的收敛速度。采用Hurwitz多项式，简化控制器，实现控制器参数化。由仿真结果得出，控制器能快速准确地跟踪到期望航向，对参数摄动与外界干扰具有较强的鲁棒性。该控制器设计结构简单，线性自抗扰与变结构积分滑模面相结合的控制器设计提升了控制品质。     

应用零航速减摇鳍的海洋机器人近水面时的横摇减摇控制(英文)

A zero-speed fin stabilizer system was developed for rolling control of a marine robot.As a robot steering device near the sea surface with low speed,it will have rolling motion due to disturbance from waves.Based on the working principle of a zero-speed fin stabilizer and a marine robot’s dynamic properties,a roll damping controller was designed with a master-slave structure.It was composed of a sliding mode controller and an output tracking controller that calculates the desired righting moment and drives the zero-speed fin stabilizer.The methods of input-output linearization and model reference were used to realize the tracking control.Simulations were presented to demonstrate the validity of the control law proposed.     

基于预测控制的水下自航器抗海浪变深控制分析

水下自主航行器在近水面航行中存在着深度跟踪和姿态控制较为困难的问题。为此，首先建立了自主航行器的近水面三自由度运动数学模型，然后设计了无迹卡尔曼滤波器实现对系统状态的估计；接着，利用斯特林内插法在变动的工作点处对自主航行器模型进行近似线性化，并根据线性化后的模型设计预测控制器，实现自主航行器的变深运动控制。经过仿真实验，验证了滤波器对自主航行器近水面运动状态估计的准确性以及预测控制器在抗海浪扰动上的控制效果。仿真结果表明，带有无迹卡尔曼滤波器的预测控制器可以快速、准确的实现自主航行器的深度跟踪控制与姿态控制，且具有响应速度快，对外部扰动鲁棒性强的特点。     

基于FTESO和漂角补偿的船舶航向滑模控制

[目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)的船舶航向滑模控制方法.[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然后通过估计出的漂角及时修正航向误差.为简化控制器设计,艏摇方向上的外部扰动和内部不确定项...     

船舶轴带无刷双馈电机并网滑模控制策略研究

为解决船舶轴带无刷双馈电机采用PI并网控制方案时动态响应性能不理想问题,结合滑模控制技术与矢量控制技术,提出基于指数趋近律的并网滑模控制策略.在Simulink平台上,分别对理想情况、电网电压波动、电机参数摄动情况下发电机输出端电压跟踪过程和并网过渡过程进行仿真分析.实验结果表明:滑模控制并网时差额电压几乎为零,功率绕...