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18 篇 控制系统
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16 篇 参数整定
16 篇 参数估计

机构

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31 篇 清华大学
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24 篇 南京航空航天大学
23 篇 同济大学
23 篇 西北工业大学
23 篇 北京航空航天大学
22 篇 中冶南方工程技术...
22 篇 北京化工大学
22 篇 东北大学
20 篇 华南理工大学
19 篇 上海理工大学
18 篇 北京理工大学
17 篇 山西大学
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作者

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11 篇 王亚刚
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10 篇 张曦
10 篇 苏宝库
10 篇 尉强
10 篇 陈方元
10 篇 周登科
10 篇 蔡炜
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9 篇 孟杰
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基于滑模控制和强化学习的发动机转速控制

基于滑模控制和强化学习的发动机转速控制

引用

作者：李昕放吉林大学

学位级别：硕士

在内燃机汽车行驶时,发动机作为其重要组成部分之一,经常需要频繁起动与加速,在这一过程中,发动机的瞬态性较为突出,导致发动机转速、节气门开度和喷油脉宽有较为剧烈的波动,因此发动机转速的跟踪快速性和燃油经济性之间的平衡关系是这... 详细信息

在内燃机汽车行驶时,发动机作为其重要组成部分之一,经常需要频繁起动与加速,在这一过程中,发动机的瞬态性较为突出,导致发动机转速、节气门开度和喷油脉宽有较为剧烈的波动,因此发动机转速的跟踪快速性和燃油经济性之间的平衡关系是这一过程中控制的重点之一。若仅考虑燃油经济性,则发动机起动或加速的过程会相应变慢,影响驾驶员的体验感;若仅考虑转速跟踪快速性,则会导致起动过程中喷油较多,空燃比较低,进而导致大气污染问题。因此有必要寻找并优化控制策略,在保证发动机起动与加速的跟踪快速性的前提下,尽量保证燃油经济性。然而,车用发动机结构较为复杂,其模型的非线性和不确定性较强,导致基于精确模型的控制方法难以实现。因此,本文分别提出了基于平均值模型和不基于模型的控制策略。首先辨识了发动机的平均值模型,并在AMESim中搭建了发动机的物理模型。为了能使系统得到初步控制,同时尽量减少超调,提升快速性,因此提出了基于积分滑模面的二阶超螺旋滑模控制器。为了实现系统在线寻优,并能够使系统在多种工况下依然能够取得较好的控制效果,本文又提出了基于积分强化学习算法的控制器。本文的主要研究内容如下: 1.在AMESim中搭建发动机起动的模型并进行模型验证。在搭建模型中考虑节气门开度、进气歧管、燃油喷射、发动机燃烧及旋转动力学模型,从而设计出发动机整体系统的模型;为了降低模型的阶数,从而设计出基于模型的控制器,因此推导出发动机的平均值模型;为了验证平均值模型的正确性,在AMESim中搭建了相应的物理模型并进行模型验证,结果表明,辨识出的平均值模型可以在一定程度上拟合系统动态。 2.设计基于简化模型的转速控制。考虑推导出的平均值模型与实际模型在精度上并不能完全匹配,由辨识精度不足引发的集总扰动较强,而滑模控制不仅具备很强的抗干扰能力,而且易于实现,因此被广泛应用在控制系统中。基于此,本文设计了一种基于积分滑模面的二阶超螺旋滑模控制器,同时分析了其收敛性,并在上述平均值模型的基础上进行了仿真验证,实验结果表明,本文设计的滑模控制器的控制效果要优于传统滑模控制器的控制效果,而且可以在一定范围内寻找到转速跟踪快速性和燃油经济性之间的较优平衡点。 3.设计基于强化学习算法的转速控制。考虑到发动机模型较为复杂,且若改变控制量或者改变实验工况后,系统动力学也会发生改变,从而需要对系统重新进行建模,这也就导致基于模型的控制器的设计过程也会发生改变。因此,在传统强化学习算法的基础上,推导出了一种积分强化学习算法,该算法不依赖模型,采用控制策略与值函数循环迭代的方式来寻找最优解,通过最终值函数的收敛值来判断是否寻找到了最优解。并将其在多工况、多控制量作用的系统进行了仿真验证,仿真结果表明,该算法适用度较广,且能够实现在线寻优,可以寻找到转速跟踪快速性和燃油经济性之间的最佳平衡点。但相应的,时间成本也有了明显的增加。 4.为了对比分析哪种算法更适宜于发动机转速控制,分别总结了上述两种算法的优缺点。结果表明,并不存在一种算法能够完全代替另外一种算法进行控制的情况。在不同的情况下,可以选择不同的控制算法进行控制。具体适用场景将会在每章的小结中给出。

关键词：发动机起动控制模型辨识二阶超螺旋滑模控制积分强化学习算法最优控制

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分数阶时滞基因调控网络模型的构建与分析研究

分数阶时滞基因调控网络模型的构建与分析研究

引用

作者：张港归西安理工大学

学位级别：硕士

构建基因调控网络可以更好地理解不同生物分子间的相互作用,以及如何调控基因表达水平发生变化,为揭示分子生物体系的功能、药物开发设计和疾病治疗提供了科学的理论和方法。考虑到实际生物系统呈现周期振荡、分岔等非线性特征以及存在... 详细信息

构建基因调控网络可以更好地理解不同生物分子间的相互作用,以及如何调控基因表达水平发生变化,为揭示分子生物体系的功能、药物开发设计和疾病治疗提供了科学的理论和方法。考虑到实际生物系统呈现周期振荡、分岔等非线性特征以及存在时滞因素的影响,本文主要研究分数阶时滞基因调控网络模型的构建与动力学分析,主要工作包括: (1)基于基因转录调控的线性模型建立分数阶时滞基因调控网络模型。为了提高模型的辨识精度,研究了一种基于多目标优化的模型辨识方法。首先对所建立的模型利用预估-校正方法进行求解得到模型的观测值,并将所建立的调控模型的模型误差以及观测值误差作为优化目标函数,然后利用多种群协同的多目标粒子群优化算法对模型参数进行辨识。仿真实验结果表明,论文提出的多目标优化方法同时考虑了模型误差和观测值误差,可以明显改善模型参数的辨识精度:利用宫颈癌中HELA细胞时序基因数据对所建立的模型进行真实数据验证,实验结果表明,论文构建的分数阶时滞基因调控模型具有更好的数据拟合能力,考虑时滞因素的影响使得模型更合理,解释力更强。 (2)考虑靶基因与microRNA之间相互调控存在时滞效应,建立分数阶时滞基因-microRNA调控模型并进行动力学分析。首先求解模型的平衡点,并对其进行线性变换,得到该模型处于平衡点处的线性化系统,然后根据其特征方程根的分布计算分析时滞参数和分数阶次对于系统稳定性及分岔条件的影响。通过动力学数值仿真分析验证了论文所推导理论的正确性。

关键词：基因调控网络分数阶时滞模型辨识多目标优化动力学分析

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集中供暖二次网换热机组的智能控制研究与实现

集中供暖二次网换热机组的智能控制研究与实现

引用

作者：董家祥吉林建筑大学

学位级别：硕士

集中供暖系统为一个复杂的工业系统,其科学运行与否,直接关系到民生保障与节能减排的双重目标。在换热站系统控制中,因被控对象具有时变、不确定性及非线性等特点,传统的控制算法难以满足对换热站二次侧温度控制精度要求,本文提出一种... 详细信息

集中供暖系统为一个复杂的工业系统,其科学运行与否,直接关系到民生保障与节能减排的双重目标。在换热站系统控制中,因被控对象具有时变、不确定性及非线性等特点,传统的控制算法难以满足对换热站二次侧温度控制精度要求,本文提出一种动态矩阵控制算法策略(DMC),以达到对换热站二次侧回水温度的精确控制。本文主要开展了以下研究工作: 首先,阐述集中供暖二次网在供暖期的工作原理与特点,从集中供暖二次网机理模型出发,详细阐述递推最小二乘法(RLS)的原理,分析该方法在集中供暖二次网模型参数辨识过程中因产生参数爆炸和收敛导致模型辨识提前结束的原因,通过在辨识目标函数中加入随参数变化的阻尼量,构建递推阻尼最小二乘算法(RDLS),提高辨识参数稳定性。以现场采集数据为基础,以平均绝对百分比误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)为性能评价指标,分析对比两种算法的参数辨识精度,采用递推阻尼最小二乘算法模型辨识参数,获得集中供暖二次网传递函数。其次,剖析换热站系统的控制方法和特性,详细阐述PID算法的原理,分析该算法在换热站二次侧回水温度控制过程中因集中供暖二次网系统的时变性、非线性和不确定性导致换热站二次侧回水温度控制精度不高的原因。搭建系统预测的模型,采用反馈校正的原理和有限时域滚动优化的方法,推导动态矩阵控制算法,提高换热站二次侧回水温度的控制精度。以调节时间和超调量为控制系统动态性能指标,分析对比两种算法的控制精度,验证动态矩阵控制算法的控制性能。最后,深入挖掘可编程逻辑控制器(PLC)为换热机组控制核心导致较难实现复杂控制算法的原因,提出以现场可编程门阵列(FPGA)为换热机组控制核心的改进方法。设计基于FPGA的动态矩阵控制算法模块、温度采集模块、流量采集模块、电动调节阀控制模块、循环水泵控制模块、RS485通信模块和基于MCGS的上位机监控画面。以可靠性和稳定性为测试指标,验证该改进方法是否达到换热机组控制器的要求,实验结果表明本文设计的现场可编程门阵列控制核心满足测试指标要求。

关键词：换热机组动态矩阵控制模型辨识现场可编程门阵列

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350MW超临界CFB机组燃烧系统建模与控制优化

350MW超临界CFB机组燃烧系统建模与控制优化

引用

作者：刘百川山西大学

学位级别：硕士

随着我国经济、社会、科技的发展,电能消耗在众多领域正日益攀升,各种类型可再生能源发电设备的装机容量也越来越大。为实现源、荷两方的供需均衡,火电厂越来越多地参与到电网调峰、调频的工作中。循环流化床(Circulating Fluidized Bed... 详细信息

随着我国经济、社会、科技的发展,电能消耗在众多领域正日益攀升,各种类型可再生能源发电设备的装机容量也越来越大。为实现源、荷两方的供需均衡,火电厂越来越多地参与到电网调峰、调频的工作中。循环流化床(Circulating Fluidized Bed,CFB)机组作为火电机组的重要组成部分,其燃烧系统在参与电网调峰时呈现出强耦合、大惯性、时变、非线性等特点。在这种情况下,常规PID控制策略难以使控制效果达到预期。鉴于此,本文选取CFB机组的燃烧系统作为研究对象,利用闭环模型辨识技术进行建模,通过MATLAB进行仿真试验,优化控制策略,以期提升燃煤机组的自动化程度。本文以山西某350MW超临界CFB机组燃烧系统为研究对象,通过深入学习该设备的基础知识,对其运行过程中关键变量的动态特性进行了深入地分析与研究。结合对机组历史数据的分析和工程师的专家经验,建立了以燃料量和一次风量为输入、床温和主蒸汽压力为输出的两输入两输出模型。为解决燃烧系统数学模型辨识偏差较大等问题,提出一种改进的基于飞蛾扑火优化算法和灰狼优化算法的混合算法,简称H-MFO-GWO算法,验证算法性能后,用其结合历史数据对燃烧系统进行模型辨识;通过模型验证发现所建立的模型能较好地表征燃烧系统的动态特性。本文针对超临界CFB机组在深度调峰时,燃烧系统表现出的时变、大滞后等特性,提出了一种多模型预测函数控制策略。该策略对不同工况下的子模型分别设计子控制器,将机组负荷作为切换条件,利用隶属度函数求解子控制器的权值,从而确保控制器平稳切换。利用MATLAB进行仿真试验,将所提出的控制策略与单模型PID及多模型PID控制进行对比,发现本文提出的控制策略在各方面均优于单模型PID和多模型PID控制,验证了多模型预测函数控制策略的有效性。本文将H-MFO-GWO算法与闭环模型辨识结合,使用实际运行数据辨识出超临界CFB机组燃烧系统的模型;并提出多模型预测函数控制策略,使用MATLAB仿真验证其性能。这些研究成果对于超临界CFB机组燃烧系统建模精度的提升与控制策略的优化都有一定参考价值。

关键词： CFB机组燃烧系统改进优化算法模型辨识预测函数控制

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基于区域控制偏差算法的CFB机组变工况脱硫控制优化

基于区域控制偏差算法的CFB机组变工况脱硫控制优化

引用

作者：柴宇唤山西大学

学位级别：硕士

随着电力系统的发展,电网对火电机组调频调峰响应能力要求日益严苛,且火电机组在区域控制偏差（Area Control Error,ACE）算法下,易造成二氧化硫排放浓度的不稳定,保证循环流化床（Circulating Fluidized Bed,CFB）机组安全快速变工况... 详细信息

随着电力系统的发展,电网对火电机组调频调峰响应能力要求日益严苛,且火电机组在区域控制偏差（Area Control Error,ACE）算法下,易造成二氧化硫排放浓度的不稳定,保证循环流化床（Circulating Fluidized Bed,CFB）机组安全快速变工况时二氧化硫排放浓度不超过35mg/Nm3是当前亟需解决的问题。因此需要进一步研究基于ACE算法的CFB机组变工况脱硫控制优化。本文依托山西某电厂350MW的CFB机组开展研究,阐述CFB发电机组炉内干法固硫-炉外湿法脱硫的工艺系统,分析炉内炉外硫氧化物的生成机理,采用Relief F算法计算炉内及炉外脱硫模型的特征权重,明确影响脱硫系统的主要相关变量。脱硫系统经济运行优化控制需要建立精确的炉内炉外模型。针对现有火电机组脱硫系统模型精确不高的问题,提出一种改进的向量加权平均（Improved weIghted meaN oF vect Ors,改进INFO）算法,采用Circle混沌映射和反向学习产生高质量初始化种群,引入自适应t分布提升INFO算法的全局寻优性能,避免陷入局部最优。运用所提算法对四种典型工况（升负荷、降负荷、高负荷、低负荷）下炉内及炉外的脱硫系统模型的参数进行寻优,并与常规粒子群算法、向量加权平均算法和先阶数辨识再寻优的方法对比验证。结果表明,改进INFO算法所辨识的四种典型工况下的脱硫系统模型精度较高,可为变工况下脱硫控制提供模型支撑。针对炉内炉外联合系统特性,设计了一种多系统建模-改进INFO-DMC控制策略,提出一种基于多系统输出耦合拓扑关系的多系统建模方法,降低联合脱硫系统建模的复杂性,同时提高鲁棒性、可靠性和灵活性;引入DMC控制器,并采用改进INFO算法对控制器参数进行寻优,完成变工况脱硫控制优化。并与PID控制策略在不同的输入信号、扰动和噪声大小下进行对比验证。结果表明,所提控制策略控制精度高,且具有较强的抗干扰能力,能为变工况下脱硫系统控制优化提供参考。

关键词： CFB机组炉内炉外脱硫系统改进向量加权平均算法模型辨识动态矩阵预测控制

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一种基于模型辨识的光伏发电系统最大功率跟踪方法

一种基于模型辨识的光伏发电系统最大功率跟踪方法

引用

作者：张正江陈倩曾国强闫正兵戴瑜兴张海洲郑崇伟 325000 浙江省温州市瓯海经济开发区东方南路38号温州市国家大学科技园孵化器

本发明公开了一种基于模型辨识的光伏发电系统最大功率跟踪方法，该方法首先采用实际光伏发电系统的测量信息对光伏阵列参考数学模型进行参数辨识，得到与实际对象相一致的辨识模型；接着构造一种BP神经网络，并采用辨识的模型产生一系... 详细信息

标准号: CN106452355A

本发明公开了一种基于模型辨识的光伏发电系统最大功率跟踪方法，该方法首先采用实际光伏发电系统的测量信息对光伏阵列参考数学模型进行参数辨识，得到与实际对象相一致的辨识模型；接着构造一种BP神经网络，并采用辨识的模型产生一系列不同光照强度与光伏电池板温度下模型的输出电压与输出电流测试数据，提取光照强度、光伏电池板温度及最大功率点所对应的输出电压与输出功率等信息用于BP神经网络的训练，得到BP神经网络的参数；最后将训练好的BP神经网络在线地用于光伏发电系统的最大功率跟踪上，从而极大地提高光伏发电系统最大功率跟踪的实时性和高效性。此方法原理易于在线实施，灵活性好。

关键词：光伏发电系统最大功率跟踪光伏电池板输出电压光照最大功率点辨识模型参数辨识测试数据模型辨识模型产生实际对象输出电流输出功率数学模型在线实施高效性实时性辨识测量参考

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基于SMPT-1000的蒸发器温度控制策略研究及实现

基于SMPT-1000的蒸发器温度控制策略研究及实现

引用

作者：田烨吉林化工学院

学位级别：硕士

蒸发器是分离、浓缩生产过程中的一种用于液体转化为气体的装置,被广泛应用于工业生产和实验室提纯、结晶等领域。在蒸发器控制系统过程中,存在温度控制不稳定导致蒸发速率不均匀、难以控制产品特性,进而造成能耗增加和生产效率下降的问... 详细信息

蒸发器是分离、浓缩生产过程中的一种用于液体转化为气体的装置,被广泛应用于工业生产和实验室提纯、结晶等领域。在蒸发器控制系统过程中,存在温度控制不稳定导致蒸发速率不均匀、难以控制产品特性,进而造成能耗增加和生产效率下降的问题,因此,对蒸发器温度系统进行优化控制具有重要意义。本文针对蒸发器温度控制响应慢、鲁棒性差等原因造成能源利用率低,尤其是对温度控制精度要求较高的场合更为明显的这一问题,提出一种基于粒子群算法优化蒸发器模型的Smith-变论域模糊PID控制方式,对蒸发器温度系统进行优化控制。本文具体的研究内容如下: 首先,通过对蒸发器温度控制系统的需求进行分析并完成对系统整体方案的设计。在分析蒸发器温度控制机理特性的基础上,利用改进的粒子群算法建立了蒸发器温度控制系统模型;其次,对蒸发器控制系统的控制策略进行分析与研究,针对PID控制器的参数无法更改的缺点,采用变论域模糊PID控制器作为主控制器;同时为消除滞后时间对系统的影响,引入Smith预估器补偿滞后环节;然后,利用改进的粒子群算法分别对传统PID、模糊PID、变论域模糊PID、Smith-变论域模糊PID控制器参数进行寻优,并对其仿真控制效果进行了分析和对比;最后,在PCS7中设计Smith-变论域模糊PID控制器并在SMPT-1000实验平台中完成算法验证。仿真与半实物实验结果表明:基于粒子群优化蒸发器模型的Smith-变论域模糊PID算法在正常工况下基本消除了纯滞后环节对蒸发器温度控制系统的影响,并提升了系统的响应速度,达到了蒸发器控制系统的预期要求;在负荷变动情况下,该算法快速克服扰动影响并恢复稳态,提升了系统的自适应能力,使整个控制系统具有较强的鲁棒性和温度跟随性,改善了动、静态特性,证明了该控制算法的可行性,为实际生产提供了坚实的理论支持和实践指导,具有显著的研究价值和应用潜力。

关键词：蒸发器温度控制 Smith-变论域模糊PID控制模型辨识粒子群算法

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增程器的模型辨识实验系统及增程器参数的获取方法

增程器的模型辨识实验系统及增程器参数的获取方法

引用

作者：杜昌松程夕明殷杰 400023 重庆市江北区建新东路260号

本发明实施例公开了一种增程器的模型辨识实验系统及其参数的获取方法，该增程器的模型辨识实验系统包括增程器、电阻箱、传感器和控制器。在采用该增程器的模型辨识实验系统获取增程器参数时，可以通过控制器控制增程器的输出功率，并... 详细信息

标准号: CN103424267B

本发明实施例公开了一种增程器的模型辨识实验系统及其参数的获取方法，该增程器的模型辨识实验系统包括增程器、电阻箱、传感器和控制器。在采用该增程器的模型辨识实验系统获取增程器参数时，可以通过控制器控制增程器的输出功率，并通过电阻箱改变增程器的输出电流，进而通过传感器获取增程器输出端的瞬态电压值、稳态电压值、瞬态电流值、稳态电流值及增程器中发动机的转速值，然后根据所述基础数值，通过最小二乘法辨识获得增程器的等效电路电感、等效电路电阻和磁势值，从而实现了对增程器各个参数的快速准确辨识，进而根据获得的参数得到增程器的模型，有效缩短了电动汽车的动力系统的开发周期。

关键词：增程器模型辨识实验系统等效电路传感器电阻箱最小二乘法辨识控制器控制电感电动汽车动力系统开发周期输出电流输出功率瞬态电流瞬态电压稳态电流稳态电压控制器辨识磁势电阻发动机输出

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超临界CFB机组主蒸汽温度系统建模与控制优化

超临界CFB机组主蒸汽温度系统建模与控制优化

引用

作者：杜志龙山西大学

学位级别：硕士

在“双碳”目标下为构建高比例新能源接入为特征的新型电力系统,超临界CFB机组开始参与调峰,其宽负荷调峰能为新能源发电创造有利条件。火电厂参与调峰时超临界CFB锅炉的主蒸汽温度波动较大,温度过高过低不仅会影响机组的安全,还会降低... 详细信息

在“双碳”目标下为构建高比例新能源接入为特征的新型电力系统,超临界CFB机组开始参与调峰,其宽负荷调峰能为新能源发电创造有利条件。火电厂参与调峰时超临界CFB锅炉的主蒸汽温度波动较大,温度过高过低不仅会影响机组的安全,还会降低机组的经济性。此外,鉴于超临界CFB锅炉的主汽温具有纯迟延、大惯性的特性,在进行调峰时利用传统的串级PID控制时控制品质无法适应深度调峰对控制系统的要求。为了解决调峰调频时所面临的挑战,需要建立准确的主蒸汽温度模型并进行控制。为此本文从系统建模和控制器优化两方面进行研究。首先,对超临界CFB锅炉的主汽温系统的工艺流程和动态特性进行了深入分析,确定了以减温水阀门开度为输入、减温器出口温度为输出的导前区模型,又确定了以减温器出口温度为输入、高温过热器出口温度为输出的惰性区模型。同时分析了常用的热工参数模型和建模方法。其次,为了解决当前主蒸汽温度系统模型精度差、控制效果差的问题,提出一种改进的蜣螂优化(Improved dung beetle optimizer,IDBO)算法进行主蒸汽温度系统的模型辨识。将从电厂采集的数据进行预处理以便减小建模误差。在MATLAB中利用IDBO算法进行主蒸汽温度系统的模型参数寻优,建模后再利用现场数据进行模型验证,仿真结果表明使用IDBO算法所建立的模型有效性较高。最后,考虑到发电机组调峰频繁,且主蒸汽温度对象具有纯迟延、大惯性的特点,采用IDBO算法优化GPC(广义预测控制)-PID串级控制器,将这种控制策略用在所建立的主蒸汽温度系统模型中。在IDBO-GPC-PID串级控制器中,主回路采用GPC控制降低惰性区的迟延和惯性,副回路采用PID控制快速消除导前区的扰动。在阶跃和扰动、跟踪、鲁棒性仿真试验中,该控制方法下的控制品质比GPC-PID控制和串级PID控制更好,可以实现主蒸汽温度的快速准确调节。

关键词： CFB锅炉主蒸汽温度系统模型辨识改进蜣螂算法广义预测控制

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面向无外部传感器碰撞检测的工业机器人动力学建模与辨识方法

面向无外部传感器碰撞检测的工业机器人动力学建模与辨识方法

引用

作者：陈亿杰华南理工大学

学位级别：硕士

随着工业机器人的应用领域不断增长,人机共享同一空间的工作方式可以提高工作效率。为保证人机协作的安全,碰撞检测技术成为了人机协作领域中的重要研究方向。实现碰撞检测通常需要机器人具备一定的外力感知能力,然而工业机器人内部通... 详细信息

随着工业机器人的应用领域不断增长,人机共享同一空间的工作方式可以提高工作效率。为保证人机协作的安全,碰撞检测技术成为了人机协作领域中的重要研究方向。实现碰撞检测通常需要机器人具备一定的外力感知能力,然而工业机器人内部通常没有集成力矩传感器,使得机器人关节对外部作用力的感知能力较弱。由于外部传感器的成本普遍较高,且安装额外传感器可能会增加控制系统的复杂性,因此,通过分析机器人关节受力情况建立动力学模型代替力矩传感器计算外部碰撞力是实现碰撞检测的基础。本文以六自由度串联型工业机器人为研究对象,从动力学建模、模型参数辨识以及碰撞检测三方面展开研究。首先基于牛顿-欧拉迭代法分析运动过程中关节所受的力/力矩,通过关节坐标系进行推导建立机器人的动力学模型;将动力学模型线性化并基于QR分解得到最小可辨识参数集;其次基于有限傅里叶级数构造机器人的激励轨迹,以最小化观测矩阵的条件数为优化准则进行轨迹系数优化。对采样数据进行滤波处理以提高信噪比,最后基于最小二乘法对动力学模型的最小参数集进行辨识,并通过实验验证参数辨识值的精度。为了提高模型的力矩估计精度,本文通过改进摩擦模型以及考虑机器人结构的非线性特性等因素建立了一个较为完整的动力学模型,并将模型辨识分为参数和非参数两部分。对于可辨识的惯性、摩擦等参数,针对最小二乘法对数据噪声以及离群值敏感的问题,提出了一种基于迭代优化算法的辨识框架,引入噪声方差矩阵以及离群值权重矩阵。在参数辨识过程中通过对噪声方差矩阵、离群值权重矩阵以及改进的摩擦参数进行迭代优化,并设置合适的停机准则使迭代收敛,从而提高参数的辨识精度。对于机器人结构的非线性特性等因素产生的补偿力矩,提出了一种基于LSTM的补偿力矩估计模型,通过训练网络参数建立从关节运动到关节补偿力矩的映射关系,完成关节补偿力矩的隐式建模。为了使补偿力矩模型能学习到不同运动过程中的力矩变化特点,使用多组不同的运动轨迹数据训练模型,从而提高模型的估计精度和鲁棒性。在工业机器人各关节只有单编码器的情况下,提出一种免外部传感器的机器人碰撞检测与安全响应方法。针对机器人关节对外部碰撞力感知弱的问题,设计了一种关节外力矩观测器,该观测器结合扰动原理和广义动量建立机器人状态空间方程,并基于卡尔曼滤波算法实现对碰撞力矩的观测。设计了一种随关节速度变化的碰撞阈值,结合外力矩观测器的输出实现工业机器人的碰撞检测。为了减少碰撞后可能造成的二次伤害,设计了一种基于导纳控制的安全响应策略,在碰撞发生后将碰撞力转化为位置指令,驱动机器人关节运动远离碰撞点,从而实现碰撞后的安全响应。以六自由度工业机器人为实验平台,分别对机器人的动力学模型和碰撞检测方法进行实验验证。基于所提的方法,得到了完整的机器人动力学参数和补偿力矩估计模型,通过对比模型的预测驱动力矩与实际驱动力矩来验证方法的精度,实验结果显示所提的方法在关节驱动力矩的估计中具有更小的误差,证明了所提方法的优越性。基于已辨识的动力学模型,进行机器人的碰撞检测与安全响应实验,实验结果显示所提方法能提高碰撞检测灵敏度并实现安全响应控制,验证了方法的有效性。

关键词：工业机器人动力学模型模型辨识碰撞检测

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