發(fā)布時間：2018-01-03 18:03

  本文關鍵詞：基于模糊力矩的機械臂軌跡跟蹤控制方法研究　出處：《大連理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 機械臂 模糊控制 模糊力矩控制 變結構控制 軌跡跟蹤

【摘要】：隨著科學技術的飛速發(fā)展,機器人技術在工業(yè)生產、日常生活、軍事以及太空探索等領域的應用日趨廣泛。機械臂作為應用最為廣泛的一類機器人,其多輸入多輸出的控制系統(tǒng)具有耦合性、非線性以及時變性等特點。機械臂的軌跡跟蹤控制作為機械臂的研究重點,要求機械臂各關節(jié)的實際軌跡跟蹤給定的期望軌跡。在機械臂的動力學模型已知的前提下,現(xiàn)有的控制算法可以解決機械臂的軌跡跟蹤控制問題；但是在實際情況下,由于機械臂關節(jié)存在有耦合、摩擦等非線性因素以及負載變化等外部擾動的影響,機械臂的動力學模型往往不能精確得到。因此,研究更具有適應性的機械臂控制方法是有價值的。本文以帶有不確定項的機械臂控制系統(tǒng)為研究對象,針對機械臂的軌跡跟蹤控制算法進行研究。首先,本文運用D-H方法對機械臂進行運動學分析,在此基礎上,利用拉格朗日函數建立三自由度機械臂的動力學模型,并且對其進行必要的化簡進而提出本文的機械臂模型。其次,實現(xiàn)了基于PD方法的定點控制和基于計算力矩法的時變軌跡跟蹤控制,從仿真結果可以看出計算力矩法的軌跡跟蹤控制精度不高。針對這種情況,本文提出在計算力矩法的基礎上加入模糊控制,綜合模糊控制與計算力矩方法的優(yōu)點,使模糊力矩方法對機械臂軌跡跟蹤誤差降低的同時,增加了計算力矩法內控制回路的自適應性。最后,針對機械臂動力學模型不確定部分的控制,在模糊力矩控制的基礎上提出了兩種基于變結構補償的模糊力矩控制方法,即基于變結構補償的模糊力矩控制和基于模糊變結構補償的模糊力矩控制。機械臂的動力學模型分為標稱部分與不確定部分,采用“分而治之”的思想,對于機械臂的標稱部分采用模糊力矩控制,對于機械臂的不確定部分采用集中補償控制的方法,設計不確定部分的包絡函數,采用變結構控制進行補償,兩部分控制器的綜合輸出作為被控對象的控制輸入。從仿真結果可以看出帶有補償的控制算法控制精度高,位置軌跡誤差小,各關節(jié)能夠快速跟蹤期望軌跡,從而驗證了控制器的有效性。利用基于模糊變結構補償的模糊力矩控制方法能夠使得機械臂達到漸進穩(wěn)定,位置跟蹤誤差小,還可以減小變結構控制的抖振。
[Abstract]:With the rapid development of science and technology, robot technology is widely used in the fields of industrial production, daily life, military affairs and space exploration. The multi-input and multi-output control system has the characteristics of coupling, nonlinear and time-varying, etc. The trajectory tracking control of the manipulator is the focus of the research of the manipulator. The actual trajectory of each joint of the manipulator is required to track a given desired trajectory. With the dynamic model of the manipulator known, the existing control algorithms can solve the trajectory tracking control problem of the manipulator. However, in practice, because of the coupling of the manipulator joints, friction and other nonlinear factors, as well as external disturbances such as load changes, the dynamic model of the manipulator is often unable to be accurately obtained. It is valuable to study more adaptive manipulator control methods. In this paper, the trajectory tracking control algorithm of manipulator with uncertainty is studied. In this paper, the kinematics of the manipulator is analyzed by using D-H method. On this basis, the dynamic model of the three-degree-of-freedom manipulator is established by using the Lagrange function. And the necessary simplification of the robot arm model is put forward. Secondly, the fixed-point control based on PD method and time-varying trajectory tracking control based on calculating torque method are realized. It can be seen from the simulation results that the precision of trajectory tracking control by calculating torque method is not high. In view of this situation, fuzzy control is put forward on the basis of calculating torque method. Combining the advantages of fuzzy control and torque calculation method, the fuzzy torque method can reduce the tracking error of the manipulator and increase the self-adaptability of the internal control loop of the calculation torque method. Based on fuzzy torque control, two fuzzy torque control methods based on variable structure compensation are proposed for the uncertain part of manipulator dynamics model. That is, fuzzy torque control based on variable structure compensation and fuzzy torque control based on fuzzy variable structure compensation. The dynamic model of manipulator is divided into nominal part and uncertain part, and the idea of "divide and conquer" is adopted. The fuzzy torque control is used for the nominal part of the manipulator and the centralized compensation control method is used for the uncertain part of the manipulator. The envelope function of the uncertain part is designed and the variable structure control is used to compensate. The integrated output of the two-part controller is used as the control input of the controlled object. From the simulation results, it can be seen that the control algorithm with compensation has high control accuracy, small position trajectory error, and each joint can track the desired trajectory quickly. The fuzzy torque control method based on fuzzy variable structure compensation can make the manipulator achieve asymptotic stability, and the position tracking error is small, and the chattering of variable structure control can be reduced.
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP241

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