针对液压直驱手腕在参数不确定和未知干扰等不确定非线性存在情况下轨迹跟踪误差大的问题,对自适应鲁棒控制(ARC)算法做出改进,提出一种积分滑模面自适应鲁棒控制(ISMS-ARC)策略。基于手腕整体的高阶动力学模型引入积分滑模函数,并结合反步法和自适应鲁棒控制器设计方法构造控制器,在保证系统具有鲁棒性的同时实现对未知状态的解耦和对不确定参数的估计。结合李雅普诺夫稳定性理论证明控制器的稳定性。搭建基于AMESim、MATLAB/Simulink、ADAMS的手腕联合仿真模型,并将ISMS-ARC与ARC、DRC控制方法进行关节轨迹跟踪的仿真对比。结果表明ISMS-ARC方法不仅有效减小了跟踪误差,而且在跟踪参考轨迹恒定或系统受到常值干扰时依然能实现渐进跟踪;与其他2种控制方法相比,该方法表现出更高的跟踪精度和更强的鲁棒性。

将液压二次调节技术应用于大惯量回转系统可以进行制动能量的回收,本文针对基于液压二次调节技术的大惯量回转系统存在的参数不确定性以及未知的外部扰动引起的跟踪精度不足的问题,提出了预定性能自适应鲁棒控制器。将预定性能和自适应鲁棒器相结合,对大惯量回转系统存在的未知参数进行了估计,并使用Lyapunov函数严格保证了整个系统的半全局渐近稳定。仿真结果表明:相同的工况下,与PID以及普通的自适应鲁棒控制相比,本文所设计的控制器可以让大惯量回转系统有更好的跟踪精度和较高的鲁棒性。

针对双连杆柔性机器人臂,设计了非线性自适应鲁棒控制器,该控制器基于动态反馈,实现刚性模式鲁棒调节及弹性振动抑制。由于高度非线性双连杆柔性机器人臂受间隙、有效载荷变化及外部干扰等不确定因素影响,非线性自适应鲁棒控制器设计具有较大挑战性。该设计针对未知干扰,通过内部模型与鲁棒稳定器并行的方式进行自适应调整,稳定器采用进化算法进行优化,提高了自适应鲁棒性。

针对不确定性及外部干扰下主动升沉补偿系统的非线性控制问题,提出一种基于扩展干扰观测器自适应鲁棒控制器。扩展状态观测器将外部扰动扩张成新的状态变量,利用输出反馈观测扩张的状态。基于反步法构建自适应控制器,结合拓展状态观测器处理系统方程存在的建模误差、外干扰、不确定性及参数不确定性。基于滑模控制方法,设计非线性滑模反馈律,从而提高系统在外部干扰下的鲁棒性能。最后,通过李雅普诺夫函数证明整个闭环系统的稳定性。基于升沉补偿电液伺服系统进行仿真实验,结果表明:所设计控制器在存在不确定性及外部干扰的情况下具有良好的控制精度及鲁棒性。

由于传统泵控液压系统存在位置跟踪精度低、频率响应慢的缺点,给精确运动控制造成很多困难。对此,针对伺服电机泵直接驱动电液系统模型的非线性动力学特性和参数不确定性,采用反馈型自适应鲁棒控制(ARC),实现伺服泵直接驱动电液系统的精确运动控制。建立伺服电机泵直接驱动电液系统的动力学模型,通过非线性泵流量映射重新建立泵的动力学模型。采用反馈型ARC方法进行控制器设计,合成泵的控制输入,使气缸执行器位置跟踪一个期望的轨迹,并对系统模型的位移斜坡响应和伺服泵功率进行实验仿真。结果表明:相比于PID控制,反馈型ARC控制下的位移跟踪误差大幅度降低,伺服泵的平均功率分别降低了55%、26%、63%,峰值功率也有所降低。采用反馈型ARC控制,能够实现有效的模型补偿,使得系统运行稳定,提高系统模型的跟踪性能和鲁棒控制性能。

针对超高速铣削永磁同步电主轴高性能、高精度的控制需求,设计了一种滑模变结构自适应鲁棒控制器。该控制器利用滑模变结构控制产生滑动模态,削弱了建模误差的影响;利用自适应鲁棒控制减少了电主轴超高速运行中受外界扰动和系统内部参数摄动的影响。针对超高速运行的电主轴控制器控制周期时间短的特点,设计了基于比例谐振的电流矢量控制器,在保证电流控制效果的前提下减少了坐标变换和电流解耦,降低了控制算法实现的难度。仿真结果表明：基于比例谐振控制的电流矢量控制器能对给定电流进行较好跟随,

为提高数控机床伺服系统的控制精度,对X-Y数控工作台高精度控制中的摩擦补偿和外部扰动的补偿进行了研究。建立了基于动态Lu Gre摩擦的伺服系统模型,提出了设计一个非线性双观测器来估计Lu Gre模型内部的不可测的状态,并通过自适应鲁棒控制器来实现未知的摩擦和负载转矩的补偿,同时设计神经网络观测器补偿外部扰动;利用LYapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,有效地解决非线性摩擦和扰动的影响,提高系统的跟踪精度和鲁棒性。

在粉末冶金零件成形生产中,压坯产品的质量取决于粉末成形工艺的完成度,这依赖于成形液压机的运动控制性能。然而控制粉末成形液压机运动的电液系统是一种具有参数不确定性的非线性系统,且整个运动控制系统在粉末致密化加压成形过程中还受到了负载压制力的强非线性干扰。针对以上难题,研究中建立了负载压制力的非线性模型,将其与电液系统的动力学模型相结合,基于此包含负载动力学的控制设计模型利用自适应鲁棒控制理论设计了粉末成形液压机的压制运动控制器。理论上,该控制器保证了鲁棒瞬态性能和稳态跟踪精度。实验结果表明,所设计的电液控制器可以实现对铁基粉末成形圆柱体压坯单向变速压制工艺压制运动曲线的精确跟踪控制,并表现出良好的控制性能。

针对复合材料液压机电液系统中广泛存在的参数不确定性、不确定非线性和外干扰,设计基于非连续映射的非线性自适应鲁棒运动控制器.自适应控制器对系统参数进行在线估计,所估计的参数虽不能完全收敛到真实值,但可以限定在上确界和下确界范围内,满足鲁棒控制不确定量上、下界的要求;参数自适应律渐进消除了参数不确定性引起的模型补偿误差,保证输出跟踪可以拥有规定的瞬态和稳态响应性能.鲁棒控制律可以抑制未建模动态、参数估计误差和外干扰的影响.利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性.仿真和实验结果表明,设计的控制器对所规划的运动轨迹具有精确的跟踪控制和强鲁棒的控制性能.

针对一类模型中存在未知非线性函数以及未知参数的阀控非对称液压缸电液位置系统,设计了一种自适应鲁棒控制策略以提高系统的跟踪精度和鲁棒性能.通过引入动态面技术,液压系统的非线性控制器设计过程可以被极大地简化,同时,传统的反步法所固有的复杂爆炸问题可以被有效地避免.通过设计基于不连续投影方法的自适应律,系统中的未知参数可以被有效地估计并补偿到控制器中.利用Lyapunov稳定性理论对闭环系统的稳定性进行了分析,Simulink的仿真结果表明所提出的算法能够有效地提高系统的跟踪性能.