多柔性机器臂系统一致性控制研究

发布时间：2017-04-20 13:20

  本文关键词：多柔性机器臂系统一致性控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着机器人技术的不断进步,越来越多的柔性机器臂被广泛应用到工程项目中。一般而言,单个的机器臂难以完成复杂的任务。为提高系统的可靠性和鲁棒性,通常需要多个柔性机器臂协同工作。因此,多柔性机器臂系统一致性问题的研究受到越来越多的关注。本文对多柔性机器臂系统的研究主要基于多自主体系统理论,即将每个柔性机器臂看成一个自主体。研究多自主体一致性控制,目标是设计适当的一致性控制协议,最终使各自主体的状态达到一致。现有的多自主体系统一致性控制理论中主要存在两个问题:一是研究主要集中于线性系统,对非线性动态的自主体研究较少;二是所设计的一致性控制算法保守性较大。这两个问题限制了多自主体系统一致性控制理论的工程应用。本文主要围绕这两个问题,引入单边Lipschitz条件,设计保守性更低的一致性控制算法。具体而言,本文的主要研究内容如下:(1)针对具有单边Lipschitz非线性动态的自主体,建立了在静态协议下多自主体系统一致性控制算法存在的充分条件。通过矩阵技术,将该充分条件变换为可以通过数值软件求解的线性矩阵不等式形式。作为特例也研究了Lipschitz非线性多机器臂一致性控制设计。并进一步研究了基于观测器协议无虚拟领导者的单边Lipschitz非线性多机器臂系统一致性。(2)研究了一般Lipschitz非线性多柔性机器臂在固定拓扑结构下的一致性问题。根据单个柔性机器臂的结构信息设计出相对合理的一致性自适应算法,并将一致性算法与拓扑结构结合起来,运用代数图论等相关知识分析多柔性机器臂系统能否达到一致。我们为柔性机器臂状态权重设计了一个自适应协议,充分考虑了非线性部分的结构信息。作为特例,也对Lipschitz非线性多柔性机器臂系统一致性的情况进行了研究。(3)基于Matlab平台对多柔性机器臂系统进行了一致性算法的数值仿真。对单边Lipschitz非线性柔性多机器臂系统、基于观测器的单边Lipschitz非线性多机器臂系统和带自适应协议的一般Lipschitz非线性多柔性机器臂系统等的一致性算法分别进行了数值仿真。仿真结果验证了本文给出的一致性算法的有效性。
【关键词】：多柔性机器臂 多自主体 自适应 一致性 Lipschitz 单边Lipschitz
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题的背景和意义12-14
• 1.2 国内外研究概述14-18
• 1.2.1 多机器人系统研究现状14-16
• 1.2.2 多自主体一致性研究现状16-18
• 1.3 论文的主要研究内容及章节安排18-20
• 第二章 多柔性机器臂系统及相关研究方法20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 基本图论知识20-22
• 2.3 柔性机器人系统介绍22-25
• 2.3.1 柔性机器人发展背景22-23
• 2.3.2 柔性机器臂数学模型建立的假设条件23-24
• 2.3.3 多连杆柔性机械臂数学模型简介24-25
• 2.3.4 单连杆柔性机器臂系统简化模型简介25
• 2.4 多自主体一致性理论介绍25-29
• 2.4.1 自主体动态方程介绍26-27
• 2.4.2 Lyapunov 稳定性理论介绍27-29
• 2.5 相关引理及定义29-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 单边Lipschitz非线性多机器臂系统一致性32-51
• 3.1 引言32-33
• 3.2 单边Lipschitz非线性多自主体一致性33-41
• 3.2.1 问题陈述及理论基础33-34
• 3.2.2 主要结论及证明34-41
• 3.3 基于观测器的单边Lipschitz非线性多自主体系统的一致性41-45
• 3.3.1 问题描述与理论基础41-42
• 3.3.2 主要结论及证明42-45
• 3.4 基于柔性机器臂仿真研究45-49
• 3.4.1 单边Lipschitz非线性多自主体一致性仿真45-47
• 3.4.2 基于观测器的单边Lipschitz非线性多自主体系统的一致性47-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 基于自适应协议的Lipschitz非线性多机器臂系统一致性51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 Lipschitz动态的多自主体一致性研究51-54
• 4.2.1 问题陈述及理论基础51-52
• 4.2.2 主要结论及证明52-54
• 4.3 一般Lipschitz动态的多自主体一致性研究54-57
• 4.3.1 问题陈述及理论基础54-55
• 4.3.2 主要结论及证明55-57
• 4.4 基于柔性机器臂仿真研究57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 总结与展望61-64
• 5.1 工作总结61-62
• 5.2 工作展望62-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果69-71
• 致谢71-72

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本文编号：318771