基于UD分解的自适应扩展集员估计方法

用于非线性椭球估计的扩展集员算法在实际应用中存存着数值稳定性差、计算复杂度高以及滤波器参数难以选择等问题.本文提出了一种基于UD分解的自适应扩展集员估计算法,用于解决非线性系统时变状态和参数的联合估计和定界问题.新算法将UD分解与序列更新和选择更新策略结合起米,改进了传统扩展集员算法的数值稳定性和实时性能;同时,对滤波器参数进行自适应选择以进一步降低计算复杂度并达到次优估计结果.仿真实验表明了该算法的有效性和鲁棒性.

自适应鲁棒H2控制及其在小型无人直升机航向控制中的应用

提出了一个新的鲁棒控制方法并将其应用到小型无人直升机的航向控制中.给出了直升机的非线性航向动力学模型并进行简化,然后线性化为具有仿射不确定性的线性模型.针对这个线性模型,基于线性矩阵不等式方法提出了具有自适应机制的鲁棒H2反馈控制器.这种设计方法可以降低固定增益控制器所固有的保守性,提高控制效果.数字仿真验证了设计方法的可行性。

一种输电线路巡检机器人控制系统的设计与实现

介绍了一种超高压输电线路巡检机器人控制系统的设计与实现方法.根据巡检作业任务的要求,采用遥控与局部自主相结合的控制模式实现巡检机器人沿线行走及跨越障碍.设计了巡检机器人有限状态机模型,实现了机器人遥控与局部自主控制的有机结合.采用基于激光传感器定位的方法实现了巡检机器人的自主越障控制.实验结果表明,该机器人可实现沿线行走及自主跨越障碍,从而验证了控制系统设计的有效性与合理性.

基于反馈线性化的无人直升机航向控制

本文着重解决小型无人直升机航向自适应控制问题.通过求非线性函数导数,把原始系统扩展为一个带有伪状态变量的新系统.这种方法不必求解非线性函数的逆,并且降低了计算量.证明了该方法的稳定性.针对实际模型直升机实验平台航向动力学模型,仿真结果表明了该方法的有效性.

基于视觉伺服的输电线巡检机器人抓线控制

巡检机器人在越障时,需要完成机器人手臂的准确抓线控制.结合输电线的几何特征和摄像机成像原理,提出了一种基于单摄像机的立体视觉方法来确定输电线的位置和姿态.基于该定位方法及视觉伺服理论,建立机械手抓线伺服控制模型.利用自行研制的巡检机器人进行了视觉伺服抓线实验;实验结果验证了该方法的有效性.

基于多传感器的可变形机器人自主控制方法研究

将GPS、电子罗盘、倾角仪、码盘传感器等应用到可变形机器人自主运动控制中.针对可变形机器人自身结构特点,提出了一种基于多传感器信息融合的可变形机器人在野外环境中自主控制的方法.该方法主要实现了在非结构环境中机器人的自主变形、自主避障和自主导航定位等功能.实验验证了该方法的有效性.

基于状态构形矢量和状态构形矩阵的可重构模块星球机器人构形水

可重构模块星球机器人系统由母体和多个子机器人模块组成,单个模块可以独立运动和操作,多个模块可以重构组合成不同构形,模块采用非对称式轮手一体机构,具有姿态方位性和运动方向性,重构目的是组成在某种环境下更好地完成有向性运动的构形。基于此,提出矢量构形概念,将运动趋势方向和方位性融合到构形拓扑结构中。在模块矢量分析模型基础上,提出并构建状态构形矢量(State configuration vector,SCV)和状态构形矩阵(State configuration matrix,SCM),对非对称式单模块和整体构形的状态信息进行描述,同时支持预定义的数学变换操作,可以表达并触发模块的基础动作、构形重构。提出离散模块组合重构成目标构形的优化分析算法,通过实例仿真计算获得优化分析的选择结果。

基于自调整神经元的无人直升机航向控制方法

直升机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主-尾旋翼之间的强耦合,传统的比例积分微分(Proportional integral differential,PID)方法很难达到良好的控制性能。基于以上原因,通过把自调整神经元与滑模控制相结合,提出一种能够解决带有输入非线性的航向自适应控制方法。与常规自适应控制相比,用滑模条件代替误差函数作为目标函数,使控制器在保证闭环稳定性的同时,能够进一步使跟踪误差满足期望精度。证明了该方法的稳定性,针对实际模型直升机试验平台航向动力学模型的仿真结果,以及与传统PID方法的比较都表明了该方法的有效性。

基于主动建模的无人直升机增强LQR控制

为了解决无人直升机控制问题,通过把主动建模与LQR(Linear Quadratic Regulator)控制相结合,提出一种能补偿模型差的控制方法。该方法在悬停状态下,采用简化模型设计LQR控制器,并通过UKF(Un-scented-Kalman-Filter)在线估计简化模型与全状态模型的模型差,使用模型差作为补偿项对LQR控制增强。针对实际直升机动力学模型进行仿真,验证了基于UKF的估计和增强LQR控制的有效性。仿真实验结果证明,基于UKF的主动建模技术能够快速估计状态和参数变化,并且增强LQR控制能够使系统适应模型不确定性。

便携式移动机器人姿态解算方法

本文根据便携式移动机器人的特点,采用四元数法解算机器人导航系统的姿态,避免了在机器人运动角度较大时出现奇异点的问题。文中应用改进的四阶龙格-库塔算法解算四元数微分方程,经仿真实验,精度完全能够达到要求。给出了合理的变换公式,在机器人运动范围内,满足了四元数与欧拉角之间转换的一一对应。

基于多线程的Linux下并发服务器的实现研究

探讨了Linux平台下多线程技术和套接字网络通讯问题,在此基础上利用互斥锁和条件变量技术设计了一个面向连接的多线程并发服务器的详细算法。最后给出了基于Posix线程库的Linux系统下用C++实现多线程并发服务器的基本程序框架。实际项目应用表明这种基于多线程的并发服务器结构在完善程序功能的同时还可以有效提高其服务性能。

基于立体视觉的虚拟机械臂平面定位研究

结合星球探测的应用背景,对漫游车的工作方式进行了研究,针对车载机械臂开发了一套基于立体视觉的机械臂平面定位仿真系统。该系统依靠虚拟现实技术,通过虚拟机械臂对三维重建得到的平整物体表面的定位仿真得到机械臂的各关节参数,以此指导真实机械臂的运动。论述了基于立体视觉的机械臂定位机理和基于OpenGL的虚拟机械臂的实现过程。采用VC++构建了仿真实验平台,进行了定位实验,获得了较高的定位精度。

机器人化纳米操作系统驱动器驱动与探针定位研究

对基于AFM的机器人化纳米操作系统而言,一个关键问题是如何实现纳米操作时探针的高精度驱动与定位。对此,本文基于对压电陶瓷驱动器的迟滞/非线性特性及现有驱动方法的详细分析,提出"基于复现扫描轨迹的驱动方法"来对操作时的驱动器进行驱动;另外,还对管式驱动器弯曲运动所产生的运动学耦合误差、探针悬臂变形所引起的针尖偏移误差进行了定量分析与补偿。采用上述驱动方法及进行误差补偿后,可以大大提高探针的定位精度,从而使纳米操作与装配得以高精度进行。纳米刻画实验验证了该新型驱动方法及误差补偿的有效性。

MWCNT操作的动力学运动学建模研究

为实现MWCNT操作运动过程的视觉显示,本文建立了MWCNT的动力学模型,据此可推导出推动MWCNT所需施加力的大小,并根据探针的实际受力判断其能否运动;同时还建立了MWCNT的运动学模型,根据探针的实际位置可获得探针操作下MWCNT的新位置与姿态,并借助虚拟现实技术对视觉界面进行实时更新,实现了MWCNT运动过程的实时视觉显示。基于上述视觉显示,操作者可在线控制探针的作用位置与运动轨迹、以及施加在探针上作用力的大小与方向,实现对MWCNT操作过程及结果的在线控制。MWCNT的操作实验初步验证了该模型的有效性。

旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制技术综述

对故障诊断和容错技术的发展过程进行了简要概述,以旋翼飞行机器人为研究对象,在分析了旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制特点的基础上,介绍了当前国内外在该领域的研究进展和主要方法.最后,总结了该领域待解决的难点问题,并指出了该研究领域的发展趋势.