人工肌肉IPMC驱动器鲁棒非线性控制设计

发布时间：2017-09-13 11:44

  本文关键词：人工肌肉IPMC驱动器鲁棒非线性控制设计

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【摘要】：离子聚合物金属复合材料(IPMC),也叫人工肌肉,属于离子型电制动聚合物(EAP)的一种,因为其质量体积小、无污染,小电压等特点,被广泛作为驱动器应用于各类仿生智能机器人的构建中。为了控制过程中能够实现精确动作,可以通过控制人工肌肉(IPMC)的偏移量实现这个要求。所以,本文设计了控制系统对人工肌肉(IPMC)的精确位置进行控制。由于人工肌肉(IPMC)在建模中因参数辨识或运行过程中参数改变引起的模型不确定性、外界扰动以及低电压下控制输入受限问题等,这些都会对控制的精度带来影响。因为以上原因,运用普通的控制策略很难获得效果好的精确位置控制。所以,选用合适的控制策略来对含有不确定因素的人工肌肉(IPMC)进行鲁棒稳定跟踪控制仍然是现阶段急需解决的关键问题,将为拓展人工肌肉(IPMC)的广泛应用提供更为有效的途径。本文对具有不确定性的人工肌肉(IPMC)的鲁棒非线性精密位置控制设计做了研究。为了对人工肌肉(IPMC)驱动器进行精确控制,首先要考虑人工肌肉(IPMC)的模型误差以及参数的测量误差,本文运用演算子的鲁棒非线性设计方案,保证了人工肌肉(IPMC)鲁棒稳定。其次,对于稳定的人工肌肉(IPMC)控制系统,采用PI控制器来进行实现跟踪设计。对于PI跟踪控制器的参数选取问题,运用了两种办法来选取合适的参数。第一种是运用Matlab里的系统辨识工具箱和寻优参数工具箱,来获取合适的PI控制器参数。这种方法虽然简单,但效果不太理想。第二种方法是提出了蜂群算法来选取合适的参数。从仿真效果来看,是比第一种方法要好的。
【关键词】：IPMC 算子理论 Matlab工具箱 蜂群算法 非线性鲁棒控制
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.17;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景9-11
• 1.2 课题的国内外研究现状及分析11-14
• 1.2.1 人工肌肉（IPMC）的应用概述和研究现状11-13
• 1.2.2 人工肌肉（IPMC）控制设计现状13-14
• 1.3 本章小结14-15
• 2. 人工肌肉（IPMC）的概述15-19
• 2.1 人工肌肉（IPMC）的分类以及特点15
• 2.2 人工肌肉（IPMC）数学建模15-16
• 2.3 具有不确定性的人工肌肉数学模型16-17
• 2.4 研究目的和方法17
• 2.5 本章小结17-19
• 3. 基于算子理论的鲁棒非线性稳定系统设计19-26
• 3.1 算子理论19-20
• 3.2 基于算子理论的右互质分解20-21
• 3.3 鲁棒右互质分解21-22
• 3.4 鲁棒稳定控制器设计22-25
• 3.4.1 算子控制器A和B的设计22-24
• 3.4.2 仿真结果分析24-25
• 3.5 本章小结25-26
• 4. 基于MATLAB工具箱的跟踪控制器参数优化26-35
• 4.1 跟踪控制器C的设计26
• 4.2 基于MATLAB系统辨识工具箱的模型辨识26-29
• 4.3 基于MATLAB参数优化工具箱的PI参数优化29-32
• 4.4 仿真结果分析32-34
• 4.5 本章小结34-35
• 5. 基于人工蜂群算法的跟踪控制器参数优化35-45
• 5.1 ABC算法的自然模型35-36
• 5.2 人工蜂群算法的数学模型36-37
• 5.3 人工蜂群算法步骤37-38
• 5.4 适应度函数的选择38-39
• 5.5 仿真结果分析39-44
• 5.6 本章小结44-45
• 6. 总结与展望45-47
• 参考文献47-51
• 附录：硕士研究生学习阶段发表论文51-52
• 致谢52

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本文编号：843528