Linear Modeling of a Flexible Substructure Actuated through Piezoelectric Components for Use in Integrated Control/Structure Design
ONERA（法国航空航天实验室）；ISAE（法国高等航空航天学院）；CNES（法国国家空间研究中心）
本文提出了一种通用的TITOP模型，用于建模通过嵌入压电材料作为执行器的柔性子结构，以直观地组装大型柔性多体系统中的柔性子结构，用于振动抑制。
2016-02-24 cs.SY eess.SY
Fully Actuated Manifold Constraint Based Output Feedback Control for Input-Constrained Uncertain Nonlinear Systems
Institute of Electrical Engineering, Yanshan University（燕山大学电气工程学院）
本文提出了一种低复杂度、无模型的输出反馈控制器，用于处理具有未知输入约束的未知时变非线性系统，实现了预设的控制精度，并在执行器饱和后保持灵活的控制精度。该方法扩展了现有线性流形约束控制方法，包括非线性流形的构造和各种约束类型，从而在有限或固定时间内实现预设的控制精度。此外，通过构造误差驱动的灵活约束，实现了未知饱和情况下的灵活控制。最后提供了二阶及更高阶的控制示例和仿真。
2026-05-20 cs.RO cs.SY eess.SY
Discrete Adaptive Control Allocation
控制分配器的主要目的是在冗余执行器之间分配总的控制努力。针对存在执行器不确定性的过驱动采样系统，提出了一种离散自适应控制分配器。所提出的方法不需要不确定性估计或激励的持久性。此外，该算法采用了闭环参考模型，它提供了快速收敛，而不会引入过多的振荡。为了产生总控制信号，使用具有参考跟踪的LQR控制器来保证外环渐近稳定。研究环境（ADMIRE）中的Aerodata模型的离散化版本被用作过驱动系统，以证明所提出的方法的有效性。
2021-01-26 cs.SY eess.SY
Bounded Inputs Total Energy Shaping for Mechanical Systems
设计具有有界输入的控制系统是一个实际的考虑，因为可实现的物理系统受到致动器饱和的限制。执行器的饱和会降低控制系统的性能，在极端情况下，闭环系统可能会失去稳定性。然而，在控制系统的设计中，致动器饱和通常被忽略，补偿是以过度设计致动器的形式进行的，或者通过后分析所得到的系统来确保可接受的性能。全驱动系统的有界输入控制已经有了很多研究，但是对于欠驱动系统的有界输入控制还没有推广。本文提出了一个系统的框架，找到欠驱动系统的控制努力的上限，互联和阻尼分配无源性控制（IDA-PBC）的方法的基础上。所提出的方法还提供了设计变量的控制律进行调整，考虑执行器的限制。在寻找控制输入上界的主要困难是速度依赖的动能有关的条款。因此，速度的上限计算使用合适的李雅普诺夫候选作为闭环系统参数的函数。通过两个基准测试系统，详细研究了该方法的有效性和应用。
2021-04-06 cs.SY eess.SY
Optimal control of dielectric elastomer actuated multibody dynamical systems
提出了一种介质弹性体驱动柔性多体动力学系统最优控制的仿真模型。介电弹性体致动器（DEA）的行为就像软机器人中的柔性人工肌肉。它被建模为一个机电耦合的几何精确梁，其中的电荷作为控制变量。DEA梁作为执行器集成到由刚性和柔性部件组成的多体系统中。该模型还表示接触相互作用，通过单向约束之间的梁致动器和例如一个刚性的身体在软体机器人的抓取过程。具体为DEA，一个工作共轭电位移和应变类电变量推导出Cosserat梁。一个数学上简洁和物理上有代表性的配方，减少自由能函数开发的束DEA。在最优控制问题中，目标函数最小化，同时多体系统的动平衡方程必须满足接触和边界条件的互补条件。通过直接转化法求解最优控制问题，将其转化为一个约束非线性优化问题。首先用一维有限元对梁进行半离散，然后用变分积分器对多体动力学进行时间离散，得到离散的Euler-Lagrange方程，再用零空间投影法对方程进行简化。离散的Euler-Lagrange方程和边界条件作为等式约束，而接触约束被视为不等式约束中的离散化目标的优化。通过悬臂梁、柔性机器人蜗杆和柔性抓取器三个算例验证了模型的有效性。
2022-07-13 cs.CE cs.SY eess.SY
Swing-Up of a Weakly Actuated Double Pendulum via Nonlinear Normal Modes
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Twente（特文特大学）；Delft University of Technology (TU Delft)（代尔夫特理工大学）
针对弱驱动双摆的摆起问题，研究通过识别非线性正则模态及其与同宿轨道的联系，提出一种在能量注入时稳定周期轨道的高效策略，实现极低控制 effort 下的摆起。
2024-04-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Model Reference Adaptive Control Allocation for Constrained Systems with Guaranteed Closed Loop Stability
针对具有执行器饱和的不确定过驱动系统，提出了一种自适应控制分配方法。所提出的方法不需要不确定性估计或持续激励假设。使用逐单元非对称投影算法，自适应参数被限制为满足一定的最优性条件，从而使整个闭环系统稳定。此外，提出了一种具有时变滑模面的滑模控制器，与自适应控制分配相结合，以保证外环的稳定性和参考跟踪存在控制分配误差和干扰。以研究环境中的Aerodata模型作为过驱动系统，在执行器饱和的情况下进行了仿真，验证了所提方法的有效性。
2019-09-22 cs.SY eess.SY math.OC
Sparse Actuator Scheduling for Discrete-Time Linear Dynamical Systems
本文研究离散时间线性系统在每步限制活跃执行器数量下的稀疏控制问题，提出一种贪心调度算法，通过优化可控性格拉姆矩阵逆的迹来最小化输入能量，并在保证可控性的同时实现低平均能量消耗。
2024-06-29 cs.SY eess.SY
Safe Supervisory Control of Soft Robot Actuators
Boston University（波士顿大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
尽管软体机器人与环境的交互比传统机器人更安全，但软体机构和致动器仍有很大的损坏或退化潜力，特别是在未建模接触期间。介绍了一种在软体机器人控制过程中实现软体执行器安全操作的反馈策略。为此，监督控制器监视致动器状态并动态地使控制输入饱和以避免可能导致物理损坏的条件。我们证明了，在一定的条件下，监督控制器是稳定的和可验证的安全。然后，我们展示了完全板载操作的监督控制器使用软热驱动的机器人肢体嵌入式形状记忆合金（SMA）致动器和传感。与主管一起进行的测试验证了其理论特性，并显示了机器人肢体在自由空间中的姿态稳定性。最后，实验表明，我们的方法可以防止过热接触（包括环境约束和人体接触）或不可行的运动时，命令。这种监督控制器，以及它的能力，以执行完全板载传感，有可能使软体机器人执行器足够可靠的实际使用。
2022-08-02 cs.RO cs.SY eess.SY
Cooperative Control of Parallel Actuators for Linear Robust Output Regulation of Uncertain Linear Minimum-phase Plants
School of Mathematics and Statistics, Fuzhou University（福州大学数学与统计学院）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Fully Actuated System Control Theory and Technology, School of Automation and Intelligent Manufacturing, Southern University of Science and Technology（南方科技大学自动化与智能制造学院）
本文研究了不确定线性最小相位系统的鲁棒输出调节问题，提出动态输出反馈控制律以解决单执行器情况下的鲁棒输出调节问题，并构建了分布式动态输出反馈控制律以应对多执行器协同平行操作的鲁棒输出调节问题。
2026-03-31 cs.SY eess.SY
Fault-tolerant Control of an Over-actuated UAV Platform Built on Quadcopters and Passive Hinges
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
针对多旋翼无人机螺旋桨故障易坠毁的问题，提出一种用于由四旋翼和被动关节构成的过驱动平台的分层鲁棒容错控制器，通过三级机制实现双桨故障下的稳定控制，经仿真与实机验证性能优异。
2023-06-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Nonlinear control for an uncertain electromagnetic actuator
CNRS, LAAS, Univ de Toulouse（法国国家科学研究中心，图卢兹联合实验室）；INSA, France（法国国立应用科学学院）；the school of engineering Icam（ICAM工程学院）；UPS, France（法国图卢兹第三大学）
本文提出了一种非线性控制律设计，用于典型电磁执行器系统，考虑了通常被忽略的磁通饱和现象，通过不确定建模方法解决，并通过示例展示了方法的有效性。
2018-09-24 cs.SY eess.SY
Control of Fully Actuated Aerial Vehicles: A Comparison of Model-based and Sensor-based Dynamic Inversion
Professorship of Autonomous Aerial Systems, School of Engineering and Design, Technical University of Munich（自主航空系统教授职位，工程与设计学院，慕尼黑技术大学）
本文比较了模型驱动和传感器驱动动态逆控制器在全驱动六旋翼上的性能，发现传感器驱动在参数不匹配、风扰和传感器退化时表现更优，但在控制频率降低时模型驱动更佳。
2026-05-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Sliding Mode Control for Mixed Conventional/Braking Actuation Mobile Robots
混合常规/制动驱动移动机器人（MAMR）的设计，以解决传统的移动机器人，如失去可控性，由于主驱动器故障，机械复杂性，重量和成本的一些缺点。它取代了传统的方向盘与制动执行器和传统的驱动轮与一个单一的全向轮。这使得它属于欠驱动移动机器人的范畴。制动器只有两种状态，ON和OFF，导致动态不连续。这启发了使用不连续控制律来控制系统。本文提出了一种滑模控制器（SMC）的设计，使MAMR系统从给定的初始配置到期望的最终配置。实验结果验证了停车控制的MAMR。
2019-09-13 cs.SY eess.SY
Modeling and Control of a Novel Bi-Quadcopter with Auxiliary Thruster Mechanism
本文提出一种新型欠驱动双四旋翼无人机，采用牛顿-欧拉建模与力分解映射，结合四元数级联姿态控制器实现非线性位置控制，并通过仿真验证性能及执行器故障场景。
2024-05-29 cs.SY eess.SY
Multi-stage warm started optimal motion planning for over-actuated mobile platforms
Universidad de Málaga（马拉加大学）；DFKI Robotics Innovation Center Bremen（德国人工智能研究中心不来梅机器人创新中心）；European Space Agency（欧洲空间局）
提出一种结合快速行进法与序贯线性二次调节器的多阶段热启动运动规划器，并在 Exomars Testing Rover 上验证其可提升计算效率与任务成功率。
2022-07-29 cs.RO cs.SY eess.SY
Safe Position and Attitude Control for Landing on Small Celestial Bodies with Gravitational Uncertainty
University of Kentucky（肯塔基大学）
针对小天体着陆中引力不确定性与执行器约束问题，提出结合扩展高增益观测器、控制障碍函数二次规划及最优分配的安全位置姿态最优控制方法，并在两种配置仿真中验证。
2026-10-06 cs.SY eess.SY math.OC
Risk-averse controller design against data injection attacks on actuators for uncertain control systems
本文研究了一类不确定控制系统的最优控制器设计问题。我们考虑的攻击，旨在最大限度地提高攻击的影响，同时保持隐身在有限的视野。为此，我们使用条件风险值来描述与攻击影响相关的风险。最坏情况下的攻击影响的特点是使用最近提出的输出到输出$\ell_2$增益（OOG）。我们制定的设计问题，并观察到它是非凸的，很难解决。使用基于凸优化的框架和凸代理的OOG，我们提出了一个凸优化问题，近似解决了设计问题的概率证书。最后，我们通过一个数值例子来说明结果。
2022-02-28 cs.SY eess.SY math.OC
Optimization of Fault-Tolerant Thruster Configurations for Satellite Control
Tokyo Metropolitan University（东京都立大学）
本研究提出一种基于能量势方法的优化框架，用于设计固定推进器的最优容错配置，以最大化全驱动或欠驱动卫星的可控性，并通过数值示例验证了有效性。
2026-09-24 cs.SY eess.SY
Closed-Loop Control of a Magnetically Actuated Fiber-Coupled Laser for Computer-Assisted Laser Microsurgery
通过使用和结合机器人技术和激光物理学，医疗领域的患者结局正在改善，例如，光纤和激光在显微外科手术中的应用。本文介绍了一种新的光纤激光显微手术系统的设计和实现，这是第一次使用闭环反馈控制。在这种计算机辅助激光扫描工具中，激光束由四个磁致动器控制。在将永磁体附接到光纤的自由端之后，正是对这四个磁体的控制产生了精确的激光扫描系统，该系统适合于显微外科手术应用。由外部磁线圈产生的电磁场和内部永磁体的磁通量之间的相互作用产生了产生光纤的期望运动所需的控制转矩。在控制系统中，采用光电传感器作为反馈传感器，对光纤的跟踪误差进行补偿。磁力矩使光纤弯曲，来自光电探测器的反馈提供自动控制和光纤尖端的高速激光扫描。仿真和实验结果是准确的，是相关的。
2020-01-17 cs.SY eess.SY physics.med-ph
Flying a Quadrotor with Unknown Actuators and Sensor Configuration
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文扩展在线辨识方法，在未知执行器与IMU配置下估计IMU位姿及各电机推力方向，使四旋翼经两次1米抛接后即可稳定飞行。
2024-09-02 cs.RO cs.SY eess.SY
Time-Varying Sensor and Actuator Selection for Uncertain Cyber-Physical Systems
University of Texas San Antonio（德克萨斯大学圣安东尼奥分校）；University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）
本文提出解决不确定网络物理系统中时间变化传感器和执行器选择问题的方法，将问题转化为半定规划问题，并通过有效启发式方法进行求解。
2018-07-25 cs.SY eess.SY math.OC
Vector-field-guided constraint-following control for path following of uncertain mechanical systems
State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing Technology for Vehicle, Hunan University（车辆先进设计与制造技术国家重点实验室，湖南大学）；KUKA Robotics（库卡机器人）；School of Artificial Intelligence and Robotics, Hunan University（人工智能与机器人学院，湖南大学）
本文提出一种通用控制方法，用于解决一类不确定机械系统的几何路径跟随动力学控制问题，适用于全驱动和欠驱动系统及未知边界不确定性和自相交路径。
2026-10-19 cs.SY eess.SY
Model-based electron density profile estimation and control, applied to ITER
在当代的磁约束装置中，密度分布用干涉仪感测并且用反馈控制的气体注入和开环颗粒注入来致动。这与ITER和DEMO的密度控制不同，后者将主要依赖于作为反馈控制中的致动器的弹丸注入。本文介绍了最近的发展，状态估计和控制的电子密度分布的ITER使用相关的传感器和执行器。作为第一步，汤姆逊散射包括在现有的动态状态观测器。其次，模型预测控制被开发为一种策略，以调节密度分布，同时避免与总密度（格林沃尔德极限）或密度分布梯度（例如，新古典杂质传输）相关联的限制。仿真结果表明，高质量的密度分布估计可以实现与汤姆逊散射和控制器是能够调节所需的分布。
2021-10-28 cs.SY eess.SY physics.plasm-ph
FAST-Hex -- A Morphing Hexarotor: Design, Mechanical Implementation, Control and Experimental Validation
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；LAAS-CNRS（法国国家科学研究中心系统分析与架构实验室）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；University of Twente（特温特大学）
我们提出了FAST-Hex，一种微型航空六旋翼平台，允许从欠驱动到全驱动配置无缝过渡，只需一个额外的控制输入，一个同步倾斜所有螺旋桨的电机。FAST-Hex在更高效但欠驱动的共线多旋翼和效率较低但全姿态跟踪的非共线多旋翼之间调整其配置。本文在总结前人工作的基础上，着重从机械设计、运动控制和实验验证三个方面对最小输入可配置微型飞行器进行研究。具体来说，我们提出了FAST-Hex的轻量级机械结构，允许它只使用一个额外的输入来实现可配置性和在广阔的状态空间中的完全驱动。运动控制器接收$\mathbb{R}^3\times \mathrm{SO}(3)$（3D位置+ 3D方向）中的任何参考姿态作为输入。如果参考位姿相对于致动器约束是可行的，则实现全位姿跟踪。在不可行的情况下，在线生成新的可行的期望轨迹，使位置跟踪优先于取向跟踪。最后，我们提出了一个大的实验结果遮光的各个方面的控制和姿态跟踪的FAST-Hex。
2020-04-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Hold 'em and Fold 'em: Towards Human-scale, Feedback-Controlled Soft Origami Robots
Institute for Experiential Robotics, Northeastern University（东北大学体验式机器人研究所）
本文提出带电容传感器的气动软折纸机器人，实现无视觉的闭环位置控制（RMSE低于4 mm），并以开环三致动器平台支撑人体重量。
2024-01-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Constrained Control Allocation With Continuous-Time Rate Constraints: Three-Dimensional Case
本文提出一种无需松弛变量的二次规划控制分配方法，通过凸包计算位置与速率约束下的可达力矩集并缩放不可达指令，在F-18仿真中实现与精确再分配伪逆相当的性能且约束满足更优。
2025-07-23 cs.SY eess.SY math.OC
Stochastic processes and feedback-linearisation for online identification and Bayesian adaptive control of fully-actuated mechanical systems
Oxford University（牛津大学）
本文提出了一种新的方法，结合概率识别与控制，利用随机过程先验条件和拉格朗日力学结构知识，通过反馈线性化实现对完全驱动机械系统的灵活非参数贝叶斯学习。
2014-04-01 cs.LG cs.SY eess.SY
Discrete-Time Linear Dynamical System Control Using Sparse Inputs With Time-Varying Support
本文针对网络化控制系统中稀疏输入约束下的线性系统控制问题，提出稀疏执行器调度算法及最小化平均控制能量的扩展，并开发基于卡尔曼滤波的稀疏控制器，理论分析与仿真验证其性能接近完全驱动系统。
2025-06-23 cs.SY eess.SY
Robust Control for a Class of Nonlinearly Coupled Hierarchical Systems with Actuator Faults
针对一类高层动态与多智能体低层动态非线性耦合的递阶非线性系统，提出了一种解决故障引起的动态和控制输入有效性不确定性所带来的控制挑战的方法.高层次的动态具有乘法的不确定性，在控制输入的有效性，并受到外源干扰输入。另一方面，低级别的系统受到致动器故障引起的动态模型和相关的控制效果的时变乘法不确定性。此外，高层次和低层次的动态之间的非线性耦合使得问题更具挑战性。为了解决这个问题，在线参数估计算法的设计，加上自适应分裂机制，自动分配控制行动之间的低层次的多智能体系统。在高、低两级分别设计了基于$\mathcal{L}_2$增益的非线性控制器和状态反馈控制器，使系统在瞬态响应中具有良好的故障恢复性能，并能抑制外界干扰。所得到的分析保证了高电平参考命令信号的鲁棒跟踪。
2021-08-06 cs.SY eess.SY math.OC
Passive Aligning Physical Interaction of Fully-Actuated Aerial Vehicles for Pushing Tasks
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Univ Rennes（雷恩大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Inria（法国国家信息与自动化研究所）；IRISA（雷恩信息与自动化研究所）
本文针对空中机械臂在无损检测推压任务中因姿态误差导致接触点丢失的问题，提出选择性停用角运动控制并启用直接力控制的策略，使全驱动飞行器能被动对齐平面工作表面，并给出硬件设计与控制指南。
2024-02-27 cs.RO cs.SY eess.SY
Hierarchical Robust Adaptive Control for Wind Turbines with Actuator Fault
针对风力发电机组在满负荷区域的转速跟踪误差调节问题，提出了一种有效的鲁棒适应控制策略。所开发的控制器补偿的不确定性，在控制输入的有效性所造成的桨距执行器故障，不可测量的风干扰，和模型中的非线性。风力涡轮机具有多层结构，使得高水平结构通过低水平控制权限的聚集而非线性地耦合。因此，控制设计分为两个阶段。首先，设计了一个$\mathcal{L}_2$控制器来减弱风扰动波动对转子转速的影响。然后，在低层，控制器的设计使用建议的自适应机制，以补偿执行器故障。理论结果表明，在高水平下，调节后的转子转速跟踪误差动态系统的闭环平衡点是有限增益$\mathcal{L}_2$稳定的，在低水平下，闭环误差动态系统是全局渐近稳定的.仿真结果表明，所开发的控制器显着降低了均方根的转子速度误差相比，一些著名的作品，尽管很大的波动风干扰，和时变的不确定性的控制输入的有效性。
2021-09-13 cs.SY eess.SY math.OC
Readiness Barrier Functions: Forward-Invariant Control Authority for Overactuated Multirotor Allocation
Ricerca sul Sistema Energetico（能源系统研究机构）；Czech Technical University（捷克技术大学）
该研究针对过驱动多旋翼分配问题，提出就绪屏障函数方法，通过前向不变控制权限调和贪心方案与最小 effort 方案的缺陷，在六旋翼、八旋翼仿真中验证其能保持认证集合不变性且跟踪代价低。
2026-10-21 cs.RO cs.SY eess.SY
Unit-Vector Control Design under Saturating Actuators
针对饱和执行器下的多变量多面体不确定系统，本文提出基于LMI的单位向量控制增益设计条件，保证闭环系统有限时间稳定，并通过优化扩大吸引域估计，仿真验证了方法有效性。
2025-04-09 cs.SY eess.SY math.OC
Hybrid Adaptive Control for Series Elastic Actuator of Humanoid Robot
National Key Laboratory of Digital Control and System Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM（越南国立大学胡志明市理工大学数字控制与系统工程国家重点实验室）；Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM（越南国立大学胡志明市理工大学）；Saigon University（西贡大学）；Pukyong National University（釜庆大学）
通常，人形机器人在非预定义环境中行走或奔跑时通常会遭受显著的冲击力，由于高刚度，该冲击力可能容易损坏致动器。近年来，被动柔性串联弹性驱动器（SEA）用于驱动仿人机器人关节已经在许多方面证明了其能力。然而，尽管在仿人机器人研究领域得到了广泛的应用，但由SEAs驱动的仿人机器人的稳定控制问题，特别是在步行过程中，仍然是一个挑战。针对SEA系统驱动的仿人机器人下肢的参数不确定性，提出了一种结合反推算法的模型参考自适应控制（MRAC）。这也是我们先前研究的延伸（Lanh等人，2021年）。首先，建立了SEA的动态模型。其次，针对SEA模型中存在的未知和不确定参数，采用模型参考自适应控制器（MRAC）来保证仿人机器人下肢的鲁棒性能。最后，进行了实验，以评估所提出的控制器和SEA机制的有效性。
2022-01-24 cs.RO cs.SY eess.SY
