一类Lagrange系统的模型预测控制方法及其应用研究

发布时间：2022-08-10 13:17

　　在工业控制领域,Lagrange力学方法具有优秀的模型描述和系统适应能力,而新兴的模型预测控制理论则具有良好的控制效果和鲁棒性能。因此,二者的结合设计逐渐成为了学术界内的研究热点,但是相关的大部分理论研究都处于初级阶段,许多研究结果都不甚成熟。于是,本文针对现代工业中两种典型的Lagrange系统展开了模型预测控制方法的应用研究,并且通过仿真实验验证了所设计的预测控制方案的可行性和稳定性。本文首先由传统牛顿力学方法引入了Lagrange力学方法,说明了Lagrange力学方法在现代工业机械系统中应用的优越性。并且以运动质点系为起点,由笛卡尔坐标系过渡至广义坐标系,推导出了Lagrange力学系统函数的一般表达形式。基于此,分析了磁流变阻尼器的分数阶粘弹特性,建立了具有分数阶特性的Lagrange动力学模型;并且研究了柔性机械臂系统的柔性结构特性,设计了具有柔性特征的Lagrange动力学状态空间模型,验证了Lagrange力学建模方法的普适性和实用性。基于分数阶Lagrange动力学模型的设计特点,本文引入了分数阶微积分的基本概念和相关特性,通过对比常见的分数阶数值近似策略,本文选择使... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外发展现状的分析
        1.2.1 模型预测控制理论的研究现状
        1.2.2 Lagrange力学系统的研究概述
        1.2.3 分数阶微积分控制方法的发展简介
    1.3 主要研究内容以及章节安排
第2章 LAGRANGE力学建模方法
    2.1 引言
    2.2 LAGRANGE力学建模的总体方案
    2.3 磁流变阻尼器的LAGRANGE动力学模型设计
        2.3.1 磁流变阻尼器的结构特性分析
        2.3.2 基于分数阶微积分的Lagrange力学建模
    2.4 柔性机械臂的LAGRANGE动力学模型建立
        2.4.1 柔性机械臂的结构与模态分析
        2.4.2 Lagrange动力学模型的设计
    2.5 本章小结
第3章 分数阶微积分基本概念及其数值实现
    3.1 引言
    3.2 分数阶微积分概述
        3.2.1 分数阶微积分的常用定义
        3.2.2 分数阶微积分的性质
    3.3 分数阶系统模型的数值近似方法
        3.3.1 连分展开和插值方法
        3.3.2 曲线拟合/频率响应匹配法
    3.4 磁流变阻尼器振动系统分数阶模型的近似
    3.5 本章小结
第4章 磁流变阻尼器的分数阶模型预测控制
    4.1 引言
    4.2 基于分数阶微积分的离散模型预测控制
        4.2.1 建立磁流变阻尼器振动系统预测控制方程
        4.2.2 设计并求解Lagrange系统局部最优化问题
        4.2.3 实施预测控制的滚动优化和稳定性分析
    4.3 数值仿真实验
        4.3.1 无约束的模型预测控制实验
        4.3.2 输入/输出受限的模型预测控制实验
    4.4 本章小结
第5章 基于模型预测的柔性机械臂振动控制
    5.1 引言
    5.2 柔性机械臂的离散模型预测控制器设计
        5.2.1 离散模型预测控制方程的建立
        5.2.2 系统优化问题的设计与求解
        5.2.3 预测控制方案的滚动优化和稳定性分析
    5.3 数值仿真实验
        5.3.1 柔性机械臂的预测控制实验
        5.3.2 无约束和系统受限的预测控制分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3673704