本文關(guān)鍵詞：欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的非線性控制研究

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【摘要】：欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一類特殊而又重要的力學(xué)系統(tǒng),是目前自動(dòng)控制研究的一個(gè)前沿方向.非完整系統(tǒng)作為一類運(yùn)動(dòng)受限的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),其研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義.倒立擺作為另一類典型的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),具有廣泛的工程和物理背景.本文針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的兩種形式,在相關(guān)背景知識(shí)和現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,展開欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的非線性控制研究.文章主要工作包括以下三部分:1)一般非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的有限時(shí)間控制.在虛擬控制系數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)未知的情形下,針對(duì)一類非常一般的非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),給出了有限時(shí)間鎮(zhèn)定控制方案.有限時(shí)間收斂控制律的設(shè)計(jì)應(yīng)用了最小膨脹度的坐標(biāo)變換和終端滑模的技術(shù).根據(jù)系統(tǒng)能否轉(zhuǎn)化成線性時(shí)不變系統(tǒng),提出了兩種控制策略以保證系統(tǒng)的狀態(tài)在有限時(shí)間收斂到零.簡(jiǎn)化的氣墊船系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問(wèn)題和輪式移動(dòng)機(jī)器人的停車問(wèn)題的仿真實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了該控制方法的有效性和實(shí)際應(yīng)用性.2)車軌長(zhǎng)度受限的并行雙擺能量控制.采用牛頓-歐拉方法建立了并行二級(jí)倒立雙擺系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.將能量控制方法應(yīng)用于并行二級(jí)倒立擺系統(tǒng)上,基于一個(gè)能量形式的李雅普諾夫函數(shù)設(shè)計(jì)單一控制器.控制擺桿在達(dá)到垂直向上的位置時(shí)使擺桿的能量為零,通過(guò)控制擺桿能量來(lái)實(shí)現(xiàn)并行雙擺的起穩(wěn)擺控制.由于車擺系統(tǒng)小車位移受軌道長(zhǎng)度限制,又考慮了小車位移的控制問(wèn)題.所設(shè)計(jì)的控制器同時(shí)使小車的速度收斂到零,滿足了車軌長(zhǎng)度有限這一實(shí)際要求.控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于調(diào)參,收斂性能好.通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了所提出的控制策略的良好性能.3)平面倒立擺的自適應(yīng)跟蹤與鎮(zhèn)定控制.首先采用拉格朗日方程建立了平面倒立擺的精確數(shù)學(xué)模型.然后,針對(duì)平面倒立擺動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)特性,結(jié)合系統(tǒng)的能量設(shè)計(jì)了自適應(yīng)跟蹤控制器,實(shí)現(xiàn)了基座小車的圓周軌跡跟蹤與擺桿鎮(zhèn)定.相比于其他方法設(shè)計(jì)的控制器,它不需要對(duì)實(shí)際擺系統(tǒng)進(jìn)行任何的近似解耦和小鄰域內(nèi)的線性化處理.在系統(tǒng)存在未知機(jī)械摩擦和空氣阻力的影響,同時(shí)基座軌道與小車質(zhì)量以及擺桿長(zhǎng)度存在測(cè)量誤差干擾時(shí),設(shè)計(jì)自適應(yīng)跟蹤控制器,證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性.根據(jù)變化的系統(tǒng)參數(shù)和不同的初態(tài)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制算法的有效性.
【關(guān)鍵詞】：欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 非完整動(dòng)力學(xué)模型 有限時(shí)間鎮(zhèn)定 并行雙擺 能量控制 平面擺 自適應(yīng)跟蹤控制
【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O231
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 符號(hào)說(shuō)明8-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 非完整系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 倒立擺系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀11
• 1.4 本文要解決的問(wèn)題11-13
• 第2章 一般非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的有限時(shí)間控制13-36
• 2.1 引言13-14
• 2.2 問(wèn)題描述與預(yù)備知識(shí)14-16
• 2.3 有限時(shí)間鎮(zhèn)定控制器設(shè)計(jì)16-28
• 2.3.1 控制器u116-18
• 2.3.2 控制器u218-28
• 2.3.3 主要結(jié)果28
• 2.4 控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用28-35
• 2.4.1 帶有虛擬控制方向的輪式移動(dòng)機(jī)器人的停車問(wèn)題29-32
• 2.4.2 氣墊船系統(tǒng)模型的控制設(shè)計(jì)32-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 車軌長(zhǎng)度受限的并行雙擺能量控制36-49
• 3.1 引言36-37
• 3.2 系統(tǒng)分析建模與預(yù)備知識(shí)37-39
• 3.3 基于能量的控制器設(shè)計(jì)與分析39-43
• 3.3.1 控制器設(shè)計(jì)及收斂性分析39-42
• 3.3.2 雙擺的運(yùn)動(dòng)分析42-43
• 3.4 三級(jí)車擺的推廣應(yīng)用43-46
• 3.5 仿真驗(yàn)證46-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 第4章 平面倒立擺的自適應(yīng)跟蹤與鎮(zhèn)定控制49-63
• 4.1 引言49-50
• 4.2 平面倒立擺的分析建模50-52
• 4.3 平面倒立擺的自適應(yīng)跟蹤控制器設(shè)計(jì)52-59
• 4.3.1 自適應(yīng)跟蹤控制器設(shè)計(jì)52-54
• 4.3.2 平面擺系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析54-59
• 4.4 仿真實(shí)驗(yàn)59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 第5章 總結(jié)與展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-71
• 致謝71

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 李洪興,苗志宏,王加銀,李洪興,李洪興;四級(jí)倒立擺的變論域自適應(yīng)模糊控制[J];中國(guó)科學(xué)E輯:技術(shù)科學(xué);2002年01期

2 井上昭,鄧明聰,逸見知弘,植木信幸,平]嬔笠，

本文編號(hào)：993378