井下搜救机器人的控制精度是实现复杂救援任务的关键。针对执行机构的主定位和副定位要求,设计出一种微行程液压控制系统,移除伺服阀元件,增加伺服电机和位移放大液压缸,通过PD控制,其动力台可到达μm级运动精度。基于AMESim建立液压仿真模型,研究不同油液弹性模量、油液黏度、蓄能器体积和蓄能器压力条件下的动力台位移量随时间变化规律,并进行实验验证。研究结果表明,微行程控制的精度和稳定性非常高,通过增大油液弹性模量和油液黏度可有效地提升液压系统响应效率。

针对工件在实际加工中打磨空间局限、精度不高等问题,为提高机器人作业的轨迹跟踪效果,提出一种双臂机器人轨迹跟踪控制方法。以轮毂打磨为研究背景,主从架构中夹持机器人采用PD控制,夹持待打磨工件进行位置跟踪运动控制;打磨机器人采用基于位置的阻抗控制,实现力控和末端位置补偿,提高定位精度。基于MATLAB/Simulink设计仿真模型验证可行性,并完成实验验证。实验结果表明当机器人末端在外界干扰力作用下,能自适应地跟踪及修正轨迹,满足双臂机器人轨迹跟踪控制的要求。

针对移动机器人在复杂环境下的路径规划与轨迹跟踪控制,提出了一种最优轨迹跟踪控制方法。首先,通过理论分析给出了移动机器人的运动学模型和对避障问题的描述,推导出了位置与姿态方程以及目标函数表达式;其次,介绍了萤火虫算法的寻优机制,并采用广义方向学习策略来改进原算法的性能;同时,引入NUBRS曲线来光滑处理局部路径,缩短总路径长度;进而,将移动机器人系统分成位置与姿态两个控制环,分别设计PD控制律来实现其稳定的轨迹跟踪控制;最后,通过仿真与实验验证了所提方法的有效性,结果表明(1)改进后的萤火虫算法能够为移动机器人规划出一条避障且可行走的轨迹;(2)基于PD控制策略,移动机器人能够有效地实现轨迹跟踪。

针对四轮全向机器人数学模型中未知因数的干扰,提出了一种基于神经滑模的比例微分(Proportional plus Derivative,PD)自适应跟踪控制策略。首先,对机器人的动力学模型进行分析;其次,利用反步轨迹跟踪控制器得到虚拟速度,基于虚拟输入与实际输入的误差设计PD控制器;接着,采用神经网络来逼近动力学模型中的不确定性,并利用Lyapunov定理证明了系统的稳定性。仿真和实验结果表明,该控制策略具有有效性。

针对部分对磁场干扰要求较高的海洋探测需求,本文设计了一种无磁浮力调节式水下实验平台。该平台结构采用无磁材料,并以高压气囊作为浮力调节装置来实现升沉控制。其浮力调节系统气囊体积小、调节精度高,且控制逻辑简单可靠。本文阐述了水下实验平台的工作原理及关键技术,基于刚体动力学方法及经典控制理论,建立了系统物理模型和控制器模型,结合Matlab/Simulink对控制过程进行仿真分析,并开展海洋试验验证。结果表明无磁浮力调节式水下实验平台可实现4‰体积浮力调节,且控制算法稳定收敛,能够实现快速响应及6.6%深度精度控制,适用于所需求的工作环境,为浮力调节式水下实验平台的进一步研究提供了理论基础。

为应对船舶舵机系统控制精度和快速性需求的日益提高,本文提出了一种船舶液压舵机PD控制及建模仿真方法。首先,对船舵液压系统进行研究,采用模块化建模方法构建系统数学模型,利用PD控制引入偏差信息对舵角进行实时监控,借助SimHydraulics搭建舵机系统;然后,基于虚拟现实设计系统各模块控件,构建自定义控件库,完成舵机二维仿真软件开发。仿真结果表明:舵机系统数学模型满足SOLAS公约要求,极大地提高了操作系统的精确性,二维交互界面具有良好的可操作性、交互性,实现人机交互与系统仿真,快速地实现了船舵系统的动态模拟。

针对柔性关节机器人具有不确定性、轨迹跟踪精度低和抖动的问题,提出一种改进模糊自适应补偿的PD控制方法。该方法在原有模糊自适应控制和PD控制的基础上进行改进,采用改进模糊自适应控制对PD控制进行补偿,以提高存在不确定性条件下的关节轨迹跟踪精度并抑制抖动。通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明:新型控制器具有良好的自适应能力,与传统PD控制和模糊自适应控制相比,新型控制策略显著提高了关节的轨迹跟踪精度并在一定程度

环形天线是一种大型、柔性、低阻尼、低模态频率的空间结构,它在太空中受到外界干扰后振动响应较大。针对此问题,提出了一种采用音圈电机-凯夫拉纤维的振动主动控制新方式,根据环形天线的结构特点及音圈电机的动力学特性建立了含作动器的振动主动控制系统模型,并结合比例-微分(proportion-differentiation,简称PD)控制、模糊控制、模糊PD杂交控制算法分别研究了环形天线结构的前2阶振动控制性能。研究结果表明,采用音圈电机-凯夫拉纤维的振动主动控制新方式可以显著抑制环形天线前2阶的大幅值振动响应,模糊控制的效果明显优于PD控制,且模糊PD杂交控制算法进一步提高了天线平衡位置处的振动控制精度。

波浪补偿起重机在远洋作业中发挥着越来越重要的作用。针对一种新型主动式波浪补偿起重机的液压系统，首先通过理论分析建立其补偿回路数学模型；然后针对其负载大和钢丝绳传动等特点，提出通过合理选择反馈元件位置以减小钢丝绳对控制的影响、通过复合控制进行负载补偿和通过PD控制改善动态性能等优化方法；最后利用Simulink进行建模仿真，验证了上述方法的有效性。

先导式溢流阀在液压系统中起到调压、稳压、限压作用，应用广泛。以先导式溢流阀为对象进行研究，分析了其工作原理，建立了其数学模型及控制模型，在Matlab／Simulink对其进行了仿真分析，应用PD控制改善了先导式溢流阀先导阀的动态特性。