【摘要】：隨著機(jī)械臂應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和應(yīng)用環(huán)境的逐步復(fù)雜化,對(duì)其操作和運(yùn)行安全性和可靠性提出了更高的要求。機(jī)械臂是一類復(fù)雜非線性系統(tǒng),其中執(zhí)行器作為機(jī)械臂控制系統(tǒng)的重要組成部分,其故障是導(dǎo)致控制系統(tǒng)失效的主因。目前,采用解析模型的故障檢測(cè)方法被廣泛應(yīng)用。但由于實(shí)際系統(tǒng)存在建模不確定,外界干擾以及參數(shù)攝動(dòng)等問(wèn)題,提高故障檢測(cè)和重構(gòu)的快速性和精度是目前研究的難點(diǎn)問(wèn)題。進(jìn)一步利用故障信息設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器,對(duì)于提高系統(tǒng)的安全性和可靠性具有重要意義。在國(guó)內(nèi)外對(duì)機(jī)械臂故障檢測(cè)和容錯(cuò)研究的基礎(chǔ)上,本文針對(duì)故障檢測(cè)的速度和精度較低,且控制系統(tǒng)存在抖振等問(wèn)題進(jìn)行了研究�；赒C-HOSMO(Quasi-Continuous High-Order Sliding Mode Observer,準(zhǔn)連續(xù)高階滑模觀測(cè)器)原理,提出機(jī)械臂執(zhí)行器故障檢測(cè)與重構(gòu)方法,并依據(jù)重構(gòu)的故障信號(hào)設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器。首先,分析一類n關(guān)節(jié)剛性機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性,建立正常狀態(tài)下機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。分析執(zhí)行器故障產(chǎn)生的原因及主要故障類型,設(shè)有效因子和外加干擾等參數(shù)建立故障模型,構(gòu)建機(jī)械臂系統(tǒng)故障狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)方程。其次,針對(duì)傳統(tǒng)滑模觀測(cè)器在機(jī)械臂執(zhí)行器故障重構(gòu)中出現(xiàn)的精度低,抖振大,以及漸進(jìn)收斂等問(wèn)題,構(gòu)建QC-HOSMO。利用準(zhǔn)連續(xù)高階滑模控制在滑模面外連續(xù)控制的特性消除抖振,并保證系統(tǒng)在有限時(shí)間內(nèi)收斂至滑模面。采用RBF(Radial Basis Function,徑向基函數(shù))神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近建模不確定部分和未知干擾部分。進(jìn)一步選取非奇異終端滑模面,使得系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定有界。采用等效輸出誤差注入方法,完成對(duì)執(zhí)行器實(shí)際故障的精確重構(gòu)。隨后,針對(duì)出現(xiàn)執(zhí)行器故障的機(jī)械臂系統(tǒng),采取主動(dòng)容錯(cuò)控制策略,利用在線重構(gòu)的精確故障信號(hào)補(bǔ)償系統(tǒng)故障模型。定義非奇異快速終端滑模面,保證有限時(shí)間的收斂性,避免奇異現(xiàn)象。定義軌跡跟蹤誤差,進(jìn)而設(shè)計(jì)主動(dòng)容錯(cuò)控制器。最后,針對(duì)幾類不同的故障類型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)比普通高階滑模觀測(cè)器和QC-HOSMO的仿真結(jié)果,驗(yàn)證準(zhǔn)連續(xù)滑模方法在故障重構(gòu)中消除抖振,提高重構(gòu)精度和快速性等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)主動(dòng)容錯(cuò)控制的仿真結(jié)果,驗(yàn)證容錯(cuò)性能的提高。
【圖文】：

按發(fā)生時(shí)間不同的故障分類

按發(fā)生形式不同的故障分類
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP241

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2584302