Passivity guaranteed stiffness control with multiple frequency band specifications for a cable-driven series elastic actuator
Tianjin Key Laboratory of Intelligent Robotics, Nankai University（天津智能机器人重点实验室，南开大学）
本文针对电缆驱动串联弹性执行器的刚度控制问题，提出了一种基于H∞综合方法的改进方案，通过在特定频率带内满足被动性、执行器限制、扰动抑制和噪声抑制等约束条件，提升了刚度控制的精度和鲁棒性。
2019-03-23 cs.RO cs.SY eess.SY
Leveraging Port-Hamiltonian Theory for Impedance Control Benchmarking
São Carlos School of Engineering, University of São Paulo（圣卡洛斯工程学院，圣保罗大学）
本文提出基于端-哈密顿理论的阻抗控制基准测试指标，通过建模和仿真验证了其在标准化评估中的有效性。
2025-12-06 cs.RO cs.SY eess.SY
Variable Stiffness Control with Strict Frequency Domain Constraints for Physical Human-Robot Interaction
Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Xeno Dynamics Co., Ltd（奇诺动力有限公司）；Nankai University（南开大学）
变阻抗控制有利于人-机器人的物理交互，以提高安全性、适应性和许多其他方面。本文提出了一种严格频域约束下的增益调度变刚度控制方法。首先，为了减少保守性，我们表征和约束阻抗渲染，致动器饱和，干扰/噪声抑制和无源性的要求到他们的特定频带。这种放松是有意义的，因为交互式机器人的频率特性受到限制。其次，增益调度的方法被用来调整控制器的增益相对于所需的刚度。第三，通过非光滑优化方法对调度函数进行参数化。最后，通过仿真、实验以及与基于增益固定无源性的PID控制方法的比较，验证了该方法的有效性。
2020-08-09 cs.RO cs.SY eess.SY
Passivity based Stability Assessment for Four types of Droops for DC Microgrids
该研究针对直流微电网的四类升压变换器下垂控制，基于无源性概念结合EN 50388-2标准，通过低通滤波器和母线阻抗推导设计无源控制器，并经带恒功率负载的单变换器微电网仿真验证了方法有效性。
2024-09-17 cs.SY eess.SY
Load-independent Metrics for Benchmarking Force Controllers
针对力矩控制器性能受负载条件影响的问题，本文建立负载作用下的闭环动力学模型，提出与负载无关的定量稳定性指标，并通过线性执行器实验验证其基准评估价值。
2025-05-13 cs.SY eess.SY
Robust Passivity-Based Control of Boost Converters in DC Microgrids
University of Groningen（格罗宁根大学）；RSE S.p.A.（意大利电力研究公司）
本文提出了一种鲁棒且去中心化的被动控制方案，用于通过Boost变换器调节直流微电网的电压，建立了包含未知'ZIP'负载的局部被动性性质，并通过实验验证了所提控制方案的有效性。
2019-03-04 cs.SY eess.SY
A Passivity Based Framework for Safe Physical Human Robot Interaction
University of Central Florida（中佛罗里达大学）
在本文中，一个人和一个辅助机器人之间的安全兼容接触的问题被认为是。残疾用户需要在某些日常生活活动（ADL）中使用辅助机器人进行物理人机交互（PHRI）。具体来说，我们提出了一个混合动力/速度/姿态控制PHRI系统的基础上测量从6轴力/扭矩传感器安装在机器人手腕。在将末端执行器表面与未知环境（人类）表面自动对准的同时，在法向方向上施加期望的命令力，同时在切向方向上遵循期望的速度命令。一个基于李雅普诺夫稳定性分析，以证明收敛性以及无源性的相互作用，以确保性能和安全。仿真和实验结果验证了所提出的混合控制器的性能和鲁棒性的存在下的动态不确定性，以及安全的物理人机交互的运动学冗余机器人操作器。
2022-02-07 cs.RO cs.SY eess.SY
Model-free Friction Observers for Flexible Joint Robots with Torque Measurements
Robotics and Mechatronics Center, German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心机器人与机电一体化中心）
本文在不使用摩擦模型的情况下解决了摩擦补偿问题。所提出的摩擦观测器的独特之处在于，标称电机侧信号被反馈到控制器，而不是测量信号。通过这样做，渐近稳定性和无源性的控制器保持。所提出的观测器的另一个优点是，它提供了一个清晰的理解，这是很难被捕获的无模型方法的静摩擦补偿。这允许设计不过度补偿静摩擦的观测器。通过仿真和实验验证了该方案的有效性。
2019-07-01 cs.RO cs.SY eess.SY
Voltage control of DC networks: robustness for unknown ZIP-loads
在本文中，我们提出了一种新的无源性为基础的控制技术的直流电力网络，包括所谓的ZIP负载，即，具有未知恒定阻抗（Z）、电流（I）和功率（P）分量的并联组合的非线性负载。更准确地说，我们提出了一种新的无源输入和存储功能的基础上，所谓的混合电位功能介绍了布雷顿和莫泽，导致一种新的无源性与输出端口变量等于一阶导数的电压。从现有的文献中的结果，其中Z，P和电压参考的限制（充分）条件被假定为满足，我们建立了一个无源性性质的每一个正的电压参考和每一种类型的负载。因此，我们开发了一种新的分散无源性为基础的控制方案，是强大的不确定性影响ZIP负载。
2019-07-23 cs.SY eess.SY
Active Damping of a DC Network with a Constant Power Load: An Adaptive Passivity-based Control Approach
Laboratoire des Signaux et Systèmes, CNRS-Supélec（信号与系统实验室，CNRS-苏佩莱克）；Institute of Industrial and Control Engineering (IOC), Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学工业与控制工程研究所）；Key Laboratory of Measurements and Control of Complex Systems of Engineering, Ministry of Education, School of Automation, Southeast University（东南大学自动化学院复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室）
本文提出非线性自适应控制器以提高含未知恒定功率负载的小型直流网络稳定性。通过在馈电端与恒定功率负载之间加入可控DC-DC功率转换器，利用被动控制与沉浸不变理论设计控制律，通过仿真验证性能。
2018-09-13 cs.SY eess.SY
Current-Based Impedance Control for Interacting with Mobile Manipulators
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；ABB Corporate Research（ABB公司企业研究院）
本文提出一种无需力或力矩传感器的电流控制机器人阻抗控制改进方法，并设计了校准执行器参数的方案，实验验证了其在移动机械臂上的柔顺性与跟踪精度，同时提出了两种保持柔顺性的交互操作模式。
2024-03-19 cs.RO cs.SY eess.SY
Impedance control of a cable-driven series elastic actuator with the 2-DOF control structure
Nankai University（南开大学）
本文提出一种基于速度源的缆驱动串联弹性执行器，设计了2-DOF控制方法以实现鲁棒性和扭矩跟踪的平衡，并通过仿真和实验验证了该方法在缆驱动执行器控制中的有效性。
2016-10-30 cs.SY eess.SY
A Unified Passivity-Based Framework for Control of Modular Islanded AC Microgrids
孤岛式交流微网的电压和频率控制是为了稳定由负载和拓扑结构变化引起的先验未知的微网平衡。本文提出了一个统一的控制框架，同时保证这种稳定性，允许模块化的ImGs互连多个子系统，即动态RLC线路，非线性恒阻抗，电流，功率（ZIP）和指数（EXP）负载，逆变器为基础的分布式发电机组（DGU）控制不同类型的主控制器。该框架的基本思想是基于一个平衡独立的被动性（EIP）的ImG子系统，这使得稳定性证书的ImG平衡，而无需他们明确的知识。为了使DGU EIP，我们提出了一种分散控制器综合算法的基础上端口哈密顿系统（PHSs）。我们还表明，EIP，是稳定的关键，提供了一个总体框架，可以包括其他解决方案，在文献中。此外，我们提供了一个新的参数的基础上，拉萨尔定理证明渐近电压和频率稳定。最后，我们利用PHS DGU模型固有的EIP特性，分析了执行器饱和对稳定性结果的影响。基于中压网络的CIGRE基准，理论研究结果得到了现实模拟的支持。
2021-04-06 cs.SY eess.SY
Two-Port Analysis of Stability and Transparency in Series Damped Elastic Actuation
Sabancı University（萨班哲大学）
系列弹性驱动（SEA）是一种广泛使用的交互控制方法，因为它可以实现高保真度和鲁棒的力控制，从而提高物理人机交互（pHRI）的安全性。安全性是pHRI的一个必要的设计标准，它限制了交互性能，因为在稳定性、鲁棒性和渲染性能之间存在基本的权衡。相互作用的安全性要求pHRI系统在与各种未知操作员和环境耦合时具有闭环稳定性。在频域无源性框架下，给出了速度源阻抗控制下串联阻尼弹性驱动双端口无源性的充分必要条件。基于新建立的条件，我们推导出一个虚拟耦合器的非保守无源性界，并严格证明了一个耗散元件并联的串联弹性组件的必要性和一个虚拟耦合器的必要性与耗散的绝对稳定性和两端口无源性的系统。物理滤波器和虚拟耦合器中的附加耗散元件使得系统能够呈现比使用纯SEA可以呈现的虚拟刚度值更高的虚拟刚度值。我们的结果扩展了早期的研究耦合稳定性的必要和充分条件，所有被动终端。我们通过一组物理实验和系统的数值模拟来验证我们的结果。
2021-05-05 cs.RO cs.SY eess.SY
Distributed Impedance Control of Latency-Prone Robotic Systems with Series Elastic Actuation
Georgia Tech（佐治亚理工学院）；UT Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文研究了具有串联弹性执行器的延迟敏感机器人系统的分布式阻抗控制问题，提出了一种关键阻尼增益设计方法，用于优化SEA级联控制架构的阻抗控制器设计，并通过频率域方法分析了时间延迟、滤波和负载惯量对SEA阻抗性能的影响。
2018-11-27 cs.RO cs.SY eess.SY
A Passive Variable Impedance Control Strategy with Viscoelastic Parameters Estimation of Soft Tissues for Safe Ultrasonography
Università di Trento（特伦托大学）；Istituto Italiano di Tecnologia（意大利技术研究院）
针对超声检查中探头-人体交互的安全控制问题，提出结合软组织粘弹性估计、含能量罐被动约束的变阻抗控制方法，经假人实验验证可实现安全精确的力控制。
2024-04-15 cs.RO cs.SY eess.SY
Early-Terminable Energy-Safe Iterative Coupling for Parallel Simulation of Partitioned Port-Hamiltonian Systems
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学机械与动力工程学院）
针对并行仿真中分区耦合可能注入虚假能量的问题，提出基于Douglas-Rachford分裂的早期可终止节能耦合接口，利用Fejér单调性提供算法耗散，保证离散无源性并收敛到整体离散化。
2026-07-01 cs.NA cs.RO cs.SY
Exploring Damping Effect of Inner Control Loops for Grid-Forming VSCs
本文提出解析方法，通过阻抗模型和复转矩系数法分析构网型变流器内环的阻尼效应，揭示其对同步和次同步振荡的影响，并经仿真与实验验证。
2023-10-14 cs.SY eess.SY
Generation of Time-Varying Impedance Attacks Against Haptic Shared Control Steering Systems
University of Michigan-Dearborn（密歇根大学迪尔伯恩分校）
本文针对车辆HSC转向系统的信息物理安全问题，提出通过合成非无源时变阻抗目标动力学生成攻击指令的方法，经仿真验证可破坏人机交互动力学稳定性，揭示了新型攻击的破坏能力。
2023-07-07 cs.RO cs.SY eess.SY
Viability-Preserving Passive Torque Control
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；UIUC（伊利诺伊大学香槟分校）
本文利用可行性理论预计算关节位置和速度的状态空间安全集，通过数据驱动和分析方法避免自碰撞和外部物体碰撞，约束关节加速度从而限制扭矩，通过二次规划框架确保机器人状态在无限时间范围内保持安全。
2026-03-02 cs.LG cs.RO cs.SY
Towards Human-Robot Collaboration with Parallel Robots by Kinetostatic Analysis, Impedance Control and Contact Detection
Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）
针对并联机器人腿链意外接触风险，本文结合运动静力学建模、广义动量扰动观测与笛卡尔阻抗控制，实现全结构低力接触的快速检测和安全反应。
2023-08-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Voltage Control of the Boost Converter: PI vs. Nonlinear Passivity-based Control
本文分析了Boost变换器PI控制的复杂不稳定动态，提出三种基于无源性原理的非线性电压反馈控制器，通过简单增益调谐确保渐近稳定和平滑瞬态。
2025-05-29 cs.SY eess.SY
A Whole-Body Controller Based on a Simplified Template for Rendering Impedances in Quadruped Manipulators
Istituto Italiano di Tecnologia (IIT)（意大利理工学院）
四足机器人在自主操作、遥操作或人机交互过程中需要对外力具有柔顺性。本文提出了一种全身控制器，允许实施笛卡尔阻抗控制，以协调跟踪性能和所需的遵守机器人基地和机械臂。该控制器是通过一个优化问题，使用二次规划（QP）施加一个所需的行为，同时满足摩擦锥约束，单边力约束，关节和扭矩限制。所提出的策略将平台的臂和基座结合起来，执行线性双质量弹簧阻尼器系统的行为，并允许独立地调整其惯性，刚度和阻尼特性。以90kg的HyQ机器人为例进行了仿真研究，仿真结果显示了在机械臂末端执行器施加外力时的阻抗渲染性能。本文介绍了完整的立场条件（所有腿在地面上）的结果，并首次，还显示了阻抗渲染是如何在动态步态的接触条件的影响。
2022-08-01 cs.RO cs.SY eess.SY
Safety-Critical Adaptive Impedance Control via Nonsmooth Control Barrier Functions under State and Input Constraints
Department of Electrical and Electronic Engineering, The University of Manchester（电气与电子工程系，曼彻斯特大学）
提出一种在线自适应阻抗控制框架，结合二次规划安全滤波器与新型组合位置-速度非光滑控制障碍函数，在不确定动力学下实现关节状态安全约束与柔顺交互，并通过区间二型模糊逻辑补偿未知动力学、软约束处理执行器力矩限制，利用复合Lyapunov分析证明安全集前向不变性与阻抗跟踪误差一致最终有界。
2026-06-03 cs.RO cs.SY eess.SY
Passivity-Based Robust Shape Control of a Cable-Driven Solar Sail Boom for the CABLESSail Concept
University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文提出基于被动控制的鲁棒控制器，用于精确控制CABLESSail概念中柔性缆驱动太阳帆支架的形状。
2025-10-18 cs.SY eess.SY physics.space-ph
Optimal Energy Shaping Control for a Backdrivable Hip Exoskeleton
University of Michigan（密歇根大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
外骨骼中广泛使用的任务相关控制器跟踪预定义的轨迹，其过度约束具有残余自主移动性的个体的自主运动。另一方面，能量整形通过改变闭环中人体的动态特性来提供任务不变的辅助。虽然人体外骨骼系统通常使用欧拉-拉格朗日方程建模，但在我们以前的工作中，我们将系统建模为端口受控哈密顿系统，并使用基于互连阻尼分配无源性的控制为膝踝外骨骼设计了任务不变控制器。在本文中，我们扩展了这个框架，设计一个控制器的backdrivable髋关节外骨骼，以协助多个任务。选择一组包含运动学信息的基函数并优化相应的系数，使得控制器能够为不同的日常活动提供符合人体标准的力矩。两名身体健全的受试者的人体实验证明了控制器在不同任务中减少肌肉努力的能力。
2023-03-25 cs.RO cs.SY eess.SY
Behavior--Realization Separation for Constrained Physical Human--Robot Interaction
Voryx Robotics LLC（Voryx机器人公司）
该研究提出物理人机交互的行为-实现分离框架，采用后退时域二次规划方法，在 Franka FR3 机器人实验中验证其可显著降低超调、提升力矩约束执行的可行性，证明了该分离策略的有效性。
2026-09-02 cs.RO cs.SY eess.SY
System Identification of Thrust and Torque Characteristics for a Bipedal Robot with Integrated Propulsion
Northeastern University（东北大学）
本论文针对带集成推进装置的双足机器人Harpy，研究其推力与扭矩特性的系统辨识，通过仿真预测、推进器集成测试及电机扭矩表征，提升系统的鲁棒性、可控性与可预测性。
2025-04-28 cs.RO cs.SY eess.SY
A Complex Stiffness Human Impedance Model with Customizable Exoskeleton Control
The University of Texas at Austin（得克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Michigan（密歇根大学）
人类操作员的自然阻抗或力与运动之间的动态关系可以确定使用交互扭矩反馈来放大人类力量的外骨骼的稳定性。虽然人体阻抗通常被建模为线性系统，但我们在涉及10名人类受试者的单关节外骨骼测试台上的实验显示了非线性行为的证据：人类动态刚度的低频渐近相位与预期的零不同，以及刚度和惯性变化时意外一致的阻尼比。为了解释这些意见，本文认为，一个新的频率领域模型的人体关节动力学具有复值刚度，包括一个真正的刚度项和滞后阻尼项。使用统计F检验，我们表明，滞后阻尼项不仅是显着的，但比线性阻尼项更显着。进一步的分析揭示了一个线性的趋势，滞后阻尼和刚度的实部，这使得我们能够简化复杂的刚度模型到一个单参数系统。然后，我们介绍并演示了一个可定制的分数阶控制器，利用这种滞后阻尼行为，以提高强度放大带宽，同时保持稳定性，并探索一种调整方法，确保这种稳定性是强大的肌肉共同收缩为每个人。
2020-09-25 cs.RO cs.SY eess.SY
A Null Space Compliance Approach for Maintaining Safety and Tracking Performance in Human-Robot Interactions
Department of Electrical and Computer Engineering, Western University（电气与计算机工程系，西方大学）；School of Artificial Intelligence and Automation, Huazhong University of Science and Technology（人工智能与自动化学院，华中科技大学）
提出一种结合改进笛卡尔阻抗控制与零空间阻抗控制的方法，增强人机交互中末端执行器和机器人本体的柔顺性，同时保持主任务跟踪性能，并在7自由度KUKA机器人上验证了有效性和无源性。
2025-02-04 cs.RO cs.SY eess.SY
Negative Resistance Caused by Intra-Loop Coupling in Virtual-Admittance-Based Grid-Forming Control
针对虚拟导纳构网型控制的谐波不稳定问题，揭示环路内耦合导致等效输出阻抗出现s²项，从而在谐波范围内产生与控制延迟无关的负电阻特性，并提出一种无源阻尼控制方法。
2026-06-27 cs.SY eess.SY
Design and Modeling of a Smart Torque-Adjustable Rotary Electroadhesive Clutch for Application in Human-Robot Interaction
Canadian Surgical Technologies and Advanced Robotics（加拿大外科技术与高级机器人中心）；Lawson Health Research Institute（劳森健康研究所）；Western University（韦仕敦大学）；New York University（纽约大学）；NYU WIRELESS（纽约大学无线通信研究中心）；NYU CUSP（纽约大学城市科学与进步中心）
机器人和人类之间共享工作空间和交互式物理任务的需求日益增加，这引起了对此类操作安全性的担忧。在这方面，可控离合器已经显示出通过将高阻抗致动器与末端执行器分离来解决硬件层面上的重要安全问题的巨大潜力，该分离是通过提供从电磁源到人的功率传输来实现的。然而，现有的离合器具有高功耗和大重量的缺点，这使得它们从设计的角度来看是不期望的。在本文中，第一次，设计和开发一种新型的，重量轻，低功耗的扭矩可调旋转离合器使用电粘附材料。三种不同的离合器片对的性能进行了研究的背景下，输出扭矩的平稳性和质量。通过利用交流波形激活信号来解决由于绝缘体的极化引起的性能降低问题。此外，对离合器的输出扭矩和功率消耗的激活频率的影响进行了研究。最后，离合器的输出转矩的时间依赖性模型，并通过实验，包括物理人机交互的离合器的性能进行了评估。所提出的离合器提供了比商用磁粉离合器好六倍的扭矩功耗比。拟议的离合器为开发安全、轻便、低功耗的物理人机交互系统（例如外骨骼和机器人步行机）带来了巨大的潜力。
2022-10-16 cs.RO cs.SY eess.SY
Toward Interaction Dynamics: A Predictive Framework for Safe Physical Human Robot Interaction
Voryx Robotic LLC；George Mason University（乔治梅森大学）
针对物理人机交互中轨迹精度与安全性的矛盾，提出双层阻抗MPC，通过解析抵消动力学和卡尔曼滤波估计持续扰动，实现零稳态误差，并利用零空间势垒和工作空间投影保证关节极限安全。
2026-09-02 cs.HC cs.RO cs.SY
Nonparametric Inverse Dynamic Models for Multimodal Interactive Robots
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
针对半自主机器人耦合多变动力学元素及外部输入导致逆动力学多模态的问题，提出基于采样的多模态高斯过程回归建模方法，解析证明其被动性并在测试执行器上验证了性能与安全性。
2019-01-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Bounded haptic teleoperation of a quadruped robot's foot posture for sensing and manipulation
Institute of Perception, Action and Behaviour, School of Informatics, The University of Edinburgh（爱丁堡大学信息学院感知、行动与行为研究所）；Oxford Robotics Institute at the University of Oxford（牛津大学牛津机器人研究所）；School of Computer Science/Department of Electrical and Computer Engineering at McGill University（麦吉尔大学计算机科学学院/电气与计算机工程系）
本文提出了一种控制框架，遥操作四足机器人的脚操作员引导的触觉探索的环境。由于四足机器人的一条腿通常只有3个致动自由度（DoF），躯干被用来通过分层全身控制器辅助脚的姿态控制。脚和躯干的姿势是由两个分析笛卡尔阻抗控制器级联的零空间投影仪控制。采用二次规划法对支承脚上的接触力进行了优化。脚的笛卡尔阻抗控制器还可以从轨迹跟踪误差估计接触力，并将力反馈中继给操作者。7D触觉操纵杆Sigma.7将运动命令传输到四足机器人ANYmal，并呈现力反馈。此外，操纵杆的运动是有界的映射脚的可行力多面体约束的摩擦锥和扭矩限制，以防止操作员驾驶机器人滑倒或跌倒。实验结果证明了该框架的有效性。
2020-10-26 cs.RO cs.SY eess.SY
Bounded Collision Force by the Sobolev Norm
本文提出利用Sobolev范数作为系统范数，为动态系统中的最大碰撞力提供严格界限，通过实验和仿真验证了该方法在分析机器人碰撞力与控制策略、关节灵活性及末端执行器柔顺性之间的关系方面的有效性。
2019-03-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Symplectic discrete-time energy-based control for nonlinear mechanical systems
在这篇文章中，我们提出了一种新的离散时间设计方法，减少恶化的影响采样的稳定性和性能的数控非线性机械系统。该方法的动机是最近的结果线性系统，反馈施加闭环行为，确切地表示所需的目标系统的辛离散化。在非线性情况下，采样过程的二阶精确表示和目标动态的定义都源于隐式中点规则的应用。所得到的状态反馈的隐式性质要求在每个采样间隔中对一般的代数方程的非线性系统进行数值求解。对于纯位置反馈的实现，速度/动量必须在采样时刻近似，这给出了交错网格上Störmer-Verlet积分方案对我们方法的清晰解释。我们提出了离散时间版本的阻抗或能量成形加阻尼注入控制以及计算转矩跟踪控制。哈密顿量和拉格朗日的观点都被采用。除了一个线性的例子来介绍的概念，平面两连杆机器人模型的模拟说明了性能和稳定性增益相比，连续时间控制律的离散实现。计算时间的一个简短的分析表明，我们的方法的实时能力。
2021-04-29 cs.SY eess.SY math.OC
