基于自抗扰的全方位移动机械臂轨迹追踪控制研究
发布时间：2021-02-15 04:20
移动机械臂兼具广阔的工作空间和灵活的操作能力,在科学考察、医疗服务和工业生产等诸多领域有着广泛的应用。移动机械臂是一类具有高度非线性、强耦合性和时变性的多输入多输出系统,很难建立其精确的数学模型。此外,在移动机械臂控制过程中,系统参数不确定、未建模动态以及外部扰动等问题都会对控制效果产生影响。因此,设计高精度、强鲁棒性的轨迹追踪控制器成为移动机械臂研究领域的热点问题之一。本文以全方位移动机械臂为被控对象,以自抗扰控制为主要方法,结合滑模控制与改进型扩张状态观测器,研究了在系统参数不确定与外部扰动作用情况下的全方位移动机械臂轨迹追踪控制问题。主要研究内容如下:首先,根据本文全方位移动机械臂的结构特点,推导了其运动学模型与动力学模型,并且在动力学建模中考虑到电机动态特性的影响,使该模型更具有实际应用价值。其次,针对系统参数不确定以及外部扰动作用问题,采用线性自抗扰控制算法对全方位移动机械臂进行关节空间轨迹追踪控制,并证明了该控制系统是有界输入有界输出稳定的。仿真结果验证了该控制算法的有效性。然后,针对线性自抗扰控制算法在全方位移动机械臂关节空间轨迹追踪控制方面的不足,设计一种改进型扩张状态...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 移动机械臂的发展概况
1.2.1 国外移动机械臂的发展
1.2.2 国内移动机械臂的发展
1.3 移动机械臂控制的研究现状
1.3.1 移动机械臂关节空间轨迹追踪控制研究
1.3.2 移动机械臂操作空间轨迹追踪控制研究
1.4 本文的研究内容与结构安排
第2章 全方位移动机械臂系统结构与数学模型
2.1 引言
2.2 全方位移动机械臂系统结构
2.3 全方位移动机械臂数学模型
2.3.1 全方位移动机械臂运动学模型
2.3.2 全方位移动机械臂动力学模型
2.4 全方位移动机械臂动力学分析
2.5 本章小结
第3章 全方位移动机械臂自抗扰控制
3.1 引言
3.2 自抗扰控制技术
3.3 全方位移动机械臂自抗扰控制系统设计
3.3.1 控制器设计
3.3.2 ESO设计
3.4 全方位移动机械臂控制系统稳定性分析
3.4.1 ESO稳定性分析
3.4.2 闭环系统稳定性分析
3.5 仿真结果与分析
3.6 本章小结
第4章 基于改进型ESO的全方位移动机械臂滑模控制
4.1 引言
4.2 滑模控制
4.3 控制系统设计
4.3.1 改进型ESO设计
4.3.2 滑模控制器设计
4.4 稳定性分析
4.4.1 改进型ESO稳定性分析
4.4.2 控制系统稳定性分析
4.5 仿真结果与分析
4.6 本章小结
第5章 基于操作空间的全方位移动机械臂Super Twisting控制
5.1 引言
5.2 控制系统设计
5.2.1 ESO设计
5.2.2 基于操作空间的ST控制器设计
5.3 控制系统稳定性分析
5.4 仿真结果与分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种抑制初始微分峰值现象的改进型三阶时变参数扩张状态观测器[J]. 孙佃升,章跃进. 电机与控制学报. 2017(09)
[2]自抗扰控制器在陀螺稳定平台控制系统中的应用[J]. 魏永清,许江宁,马恒. 电机与控制学报. 2017(01)
[3]基于双曲正切函数的二阶时变参数扩张状态观测器[J]. 于洪国,康忠健,陈瑶. 控制理论与应用. 2016(04)
[4]嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术[J]. 吴伟仁,周建亮,王保丰,刘传凯. 中国科学:信息科学. 2014(04)
[5]快速刀具伺服系统自抗扰控制的研究与实践[J]. 吴丹,赵彤,陈恳. 控制理论与应用. 2013(12)
[6]自抗扰控制思想探究[J]. 高志强. 控制理论与应用. 2013(12)
[7]自抗扰控制技术在电液力伺服系统中的应用[J]. 郭栋,付永领,卢宁,龙满林. 北京航空航天大学学报. 2013(01)
[8]自抗扰控制技术[J]. 韩京清. 前沿科学. 2007(01)
[9]移动机器人的研究现状与趋势[J]. 张明路,丁承君,段萍. 河北工业大学学报. 2004(02)
[10]自抗扰控制器的发展[J]. 黄一,张文革. 控制理论与应用. 2002(04)
博士论文
[1]轮式移动机械臂倾覆与滑移问题研究[D]. 宋韬.上海大学 2016
[2]滑模控制理论及在移动机械臂中的应用[D]. 吴玉香.华南理工大学 2006
硕士论文
[1]移动机械臂运动规划研究[D]. 吴江.浙江理工大学 2017
[2]智能清扫机器人设计及其路径规划的研究[D]. 张超.哈尔滨工业大学 2012
[3]移动机械臂跟踪控制与运动规划研究[D]. 林冠楠.上海交通大学 2012
本文编号：3034423
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 移动机械臂的发展概况
1.2.1 国外移动机械臂的发展
1.2.2 国内移动机械臂的发展
1.3 移动机械臂控制的研究现状
1.3.1 移动机械臂关节空间轨迹追踪控制研究
1.3.2 移动机械臂操作空间轨迹追踪控制研究
1.4 本文的研究内容与结构安排
第2章 全方位移动机械臂系统结构与数学模型
2.1 引言
2.2 全方位移动机械臂系统结构
2.3 全方位移动机械臂数学模型
2.3.1 全方位移动机械臂运动学模型
2.3.2 全方位移动机械臂动力学模型
2.4 全方位移动机械臂动力学分析
2.5 本章小结
第3章 全方位移动机械臂自抗扰控制
3.1 引言
3.2 自抗扰控制技术
3.3 全方位移动机械臂自抗扰控制系统设计
3.3.1 控制器设计
3.3.2 ESO设计
3.4 全方位移动机械臂控制系统稳定性分析
3.4.1 ESO稳定性分析
3.4.2 闭环系统稳定性分析
3.5 仿真结果与分析
3.6 本章小结
第4章 基于改进型ESO的全方位移动机械臂滑模控制
4.1 引言
4.2 滑模控制
4.3 控制系统设计
4.3.1 改进型ESO设计
4.3.2 滑模控制器设计
4.4 稳定性分析
4.4.1 改进型ESO稳定性分析
4.4.2 控制系统稳定性分析
4.5 仿真结果与分析
4.6 本章小结
第5章 基于操作空间的全方位移动机械臂Super Twisting控制
5.1 引言
5.2 控制系统设计
5.2.1 ESO设计
5.2.2 基于操作空间的ST控制器设计
5.3 控制系统稳定性分析
5.4 仿真结果与分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种抑制初始微分峰值现象的改进型三阶时变参数扩张状态观测器[J]. 孙佃升,章跃进. 电机与控制学报. 2017(09)
[2]自抗扰控制器在陀螺稳定平台控制系统中的应用[J]. 魏永清,许江宁,马恒. 电机与控制学报. 2017(01)
[3]基于双曲正切函数的二阶时变参数扩张状态观测器[J]. 于洪国,康忠健,陈瑶. 控制理论与应用. 2016(04)
[4]嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术[J]. 吴伟仁,周建亮,王保丰,刘传凯. 中国科学:信息科学. 2014(04)
[5]快速刀具伺服系统自抗扰控制的研究与实践[J]. 吴丹,赵彤,陈恳. 控制理论与应用. 2013(12)
[6]自抗扰控制思想探究[J]. 高志强. 控制理论与应用. 2013(12)
[7]自抗扰控制技术在电液力伺服系统中的应用[J]. 郭栋,付永领,卢宁,龙满林. 北京航空航天大学学报. 2013(01)
[8]自抗扰控制技术[J]. 韩京清. 前沿科学. 2007(01)
[9]移动机器人的研究现状与趋势[J]. 张明路,丁承君,段萍. 河北工业大学学报. 2004(02)
[10]自抗扰控制器的发展[J]. 黄一,张文革. 控制理论与应用. 2002(04)
博士论文
[1]轮式移动机械臂倾覆与滑移问题研究[D]. 宋韬.上海大学 2016
[2]滑模控制理论及在移动机械臂中的应用[D]. 吴玉香.华南理工大学 2006
硕士论文
[1]移动机械臂运动规划研究[D]. 吴江.浙江理工大学 2017
[2]智能清扫机器人设计及其路径规划的研究[D]. 张超.哈尔滨工业大学 2012
[3]移动机械臂跟踪控制与运动规划研究[D]. 林冠楠.上海交通大学 2012
本文编号：3034423
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3034423.html
