具有输入输出约束特性的机械臂运动控制研究
发布时间：2021-03-04 17:53
中国制造业向着智能化、信息化方向发展,带动机械臂研发水平快速成长,使得机械臂运动控制问题逐渐成为研究热点。机械臂的核心部分是驱动机构和控制机构,由于物理元器件的局限性,死区、饱和、迟滞等输入约束问题不可避免地存在于这些机构之中,输入约束的存在不仅会影响机械臂系统工作性能,甚至造成系统不稳定;同时,出于安全、环保等方面考虑,以及提高机械臂系统暂态和稳态性能,实际应用对机械臂系统输出同样提出了约束要求。本文针对带有输入输出约束特性的机械臂系统,以反步递推控制和自适应神经网络控制理论为基础,设计了新的控制算法实现了机械臂系统在输入输出约束下的稳定运行,并通过MATLAB仿真进行了验证。本论文主要研究工作如下:首先,利用拉格朗日方程建立机械臂动力学模型,并介绍了其动力学特性。同时,详细给出了自适应控制、神经网络控制和反步递推控制等控制方法的设计思路,为后面章节控制算法的提出奠定理论基础。其次,针对带有未知Prandtl-Ishiskiili磁滞的不确定机械臂系统,基于递归控制方法提出了新的自适应神经网络预定性能控制算法。利用参数自适应方法在线逼近系统的未知磁滞非线性参数,并进一步利用神经网络控...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二自由度机械臂结构示意图
图 2-2 神经网络结构示意图BF 神经网络输入层和隐藏层之间为非线性变换关系，隐藏层和输出层之间换关系，所以 RBF 神经网络逼近能力十分强大，并且存在一个权值矩阵W意精度逼近未知的连续非线性函数，因此可得：*f ( X ) W φ( X ) ε( X )(2-中k n *W 为最优权值矩阵， ( )nε X 是有界逼近误差向量，满 ， 为任意常量且 0。*W 的选取规则为 Targmin sup ( ) ( )X *XW f X W φ X (2-反步递推控制步递推控制(Backstepping Control)是一种递归设计方法，又称为反步法或后步递推控制基于 Lyapunov 函数设计控制器，控制器设计过程简单，反步递适用于线性系统也适用于非线性系统。反步递推控制的基本思想是：将系
燕山大学工学硕士学位论文322k2 et zz(3-式(3-36)-(3-38)带入式(3-34)，2V 可以表示为3TT T T 2 2T 12 2 2 2 2 2 k2 12TT T2 22 2021 k ( ) ( )[ ]( ) ( ( )) ( , ) [ ]( ) dTtRd r rV tz et t r t r Rz zz z z ε z W ξ X z Ψ Ψvρ yz zz d v z τ δ X p F vz(3-理 3.1：对于具有未知 P-I 磁滞的机械臂系统(3-9)满足假设条件 3-1，设计控6)-(3-38)和自适应律(3-39)-(3-42)，能够保证整个闭环系统的所有信号是渐近，并且输出信号在预定性能的范围之内。
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能针灸机器人研发进展及关键技术分析[J]. 张竞心,卢东东,林祺,王雪军,卢梦叶,张小强,杨晓媛,顾继昱,佘月凡,徐天成. 中国数字医学. 2018(10)
[2]家庭泛用型智能机器人的安全风险研究[J]. 阎国华,闫晨. 东北大学学报(社会科学版). 2018(03)
[3]棉田喷药农业机器人的导航路径识别[J]. 孙元义,张绍磊,李伟. 清华大学学报(自然科学版). 2007(02)
[4]基于Prandtl-Ishlinskii模型的一类回滞非线性系统自适应控制[J]. 冯颖,胡跃明,苏春翌. 自动化学报. 2006(03)
博士论文
[1]暂稳态性能约束下非线性下三角结构系统的控制器设计[D]. 张柳柳.燕山大学 2017
[2]具有输入输出约束特性的非线性系统自适应控制研究[D]. 武晓晶.燕山大学 2012
[3]受约束系统的稳定域分析及输出反馈控制方法研究[D]. 王娟.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3063639
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二自由度机械臂结构示意图
图 2-2 神经网络结构示意图BF 神经网络输入层和隐藏层之间为非线性变换关系，隐藏层和输出层之间换关系，所以 RBF 神经网络逼近能力十分强大，并且存在一个权值矩阵W意精度逼近未知的连续非线性函数，因此可得：*f ( X ) W φ( X ) ε( X )(2-中k n *W 为最优权值矩阵， ( )nε X 是有界逼近误差向量，满 ， 为任意常量且 0。*W 的选取规则为 Targmin sup ( ) ( )X *XW f X W φ X (2-反步递推控制步递推控制(Backstepping Control)是一种递归设计方法，又称为反步法或后步递推控制基于 Lyapunov 函数设计控制器，控制器设计过程简单，反步递适用于线性系统也适用于非线性系统。反步递推控制的基本思想是：将系
燕山大学工学硕士学位论文322k2 et zz(3-式(3-36)-(3-38)带入式(3-34)，2V 可以表示为3TT T T 2 2T 12 2 2 2 2 2 k2 12TT T2 22 2021 k ( ) ( )[ ]( ) ( ( )) ( , ) [ ]( ) dTtRd r rV tz et t r t r Rz zz z z ε z W ξ X z Ψ Ψvρ yz zz d v z τ δ X p F vz(3-理 3.1：对于具有未知 P-I 磁滞的机械臂系统(3-9)满足假设条件 3-1，设计控6)-(3-38)和自适应律(3-39)-(3-42)，能够保证整个闭环系统的所有信号是渐近，并且输出信号在预定性能的范围之内。
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能针灸机器人研发进展及关键技术分析[J]. 张竞心,卢东东,林祺,王雪军,卢梦叶,张小强,杨晓媛,顾继昱,佘月凡,徐天成. 中国数字医学. 2018(10)
[2]家庭泛用型智能机器人的安全风险研究[J]. 阎国华,闫晨. 东北大学学报(社会科学版). 2018(03)
[3]棉田喷药农业机器人的导航路径识别[J]. 孙元义,张绍磊,李伟. 清华大学学报(自然科学版). 2007(02)
[4]基于Prandtl-Ishlinskii模型的一类回滞非线性系统自适应控制[J]. 冯颖,胡跃明,苏春翌. 自动化学报. 2006(03)
博士论文
[1]暂稳态性能约束下非线性下三角结构系统的控制器设计[D]. 张柳柳.燕山大学 2017
[2]具有输入输出约束特性的非线性系统自适应控制研究[D]. 武晓晶.燕山大学 2012
[3]受约束系统的稳定域分析及输出反馈控制方法研究[D]. 王娟.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3063639
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