本文關(guān)鍵詞：懸掛式柔性機(jī)械臂點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制研究

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【摘要】：目前柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制的研究對(duì)象大多是在水平面運(yùn)動(dòng)的單連桿柔性機(jī)械臂,在控制器設(shè)計(jì)的時(shí)候往往直接忽略重力的影響,而在實(shí)際應(yīng)用中柔性機(jī)械臂不可能局限于水平面上的運(yùn)動(dòng),會(huì)涉及到三維空間上的運(yùn)動(dòng),典型代表有懸掛式柔性機(jī)械臂,需要考慮重力所產(chǎn)生的形變影響。因此,那些常用于水平面柔性機(jī)械臂的控制方法難以直接用于諸如懸掛式柔性機(jī)械臂控制問題當(dāng)中。針對(duì)懸掛式柔性機(jī)械臂點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制任務(wù),本文結(jié)合輸入整形技術(shù)、串級(jí)控制方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略,提出了幾種有效的控制方案,以解決懸掛式柔性機(jī)械臂點(diǎn)到點(diǎn)控制任務(wù)中涉及到的振動(dòng)問題以及運(yùn)動(dòng)控制問題。所做工作具體如下：(1) 本文結(jié)合系統(tǒng)辨識(shí)方法和輸入整形技術(shù),提出了一種簡(jiǎn)單有效的前饋控制方法,以解決懸掛式單連桿柔性機(jī)械臂的角度控制問題以及振動(dòng)控制問題。首先,該前饋控制方案利用最小二乘方法辨識(shí)出懸掛式單連桿柔性臂的傳遞函數(shù),然后根據(jù)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)分布確定輸入整形算子的參數(shù),最后將控制信號(hào)和輸入整形算子得到的脈沖卷積結(jié)果輸入到控制器中。該方法的好處在于利用數(shù)據(jù)建模的思想避免了柔性機(jī)械臂的復(fù)雜建模過程,且輸入整形技術(shù)本身就具有一定的魯棒性,使得該方案能夠較為魯棒地完成懸掛式單連桿柔性機(jī)械臂的角度控制。最后,利用實(shí)驗(yàn)室的懸掛式柔性機(jī)械臂平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。(2) 本文基于串級(jí)控制思想,提出了一種基于機(jī)械臂末端位置測(cè)量的雙回路控制方案,解決了懸掛式單連桿柔性機(jī)械臂的角度控制問題和振動(dòng)控制問題。該方案給出了一種由兩個(gè)控制回路構(gòu)成的串級(jí)控制方案,以克服重力及柔性臂振動(dòng)的影響,其中主回路控制器為常規(guī)PID控制器,用于實(shí)現(xiàn)懸掛式單連桿柔性臂末端角度的準(zhǔn)確定位任務(wù)；副回路控制器為基于驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)角度與柔性臂末端角度差值反饋的非線性PID控制器,用于抑制柔性臂的振動(dòng)和外部擾動(dòng)。最后,利用實(shí)驗(yàn)室的懸掛式柔性機(jī)械臂平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。(3) 針對(duì)懸掛式雙連桿柔性機(jī)械臂的點(diǎn)到點(diǎn)控制問題,本文提出了一種魯棒自適應(yīng)的集成控制方法,以避免對(duì)懸掛式柔性機(jī)械臂精確模型的依賴。該魯棒自適應(yīng)控制方案由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器,滑�？刂破饕约癙D控制器構(gòu)成。其中,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器中的隱含層節(jié)點(diǎn)參數(shù)同極限學(xué)習(xí)機(jī)一樣是隨機(jī)生成,其余相關(guān)參6數(shù)的更新策略是通過李亞普諾夫穩(wěn)定性準(zhǔn)則確定得到的；滑�？刂浦饕怯糜谙Ｐ驼`差以及逼近誤差。此外,考慮到在重力的影響下很難得到懸掛式柔性機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠很好地逼近系統(tǒng)地模型,故本文采用極限學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)該逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,即關(guān)節(jié)角度和末端坐的關(guān)系。最后基于SimMechanics仿真平臺(tái)對(duì)該算法進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)試。
【關(guān)鍵詞】：懸掛式柔性機(jī)械臂 點(diǎn)到點(diǎn)控制任務(wù) 輸入整形 串級(jí)控制 魯棒自適應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 柔性機(jī)械臂及其控制方法概述12-18
• 1.1.1 柔性機(jī)械臂12
• 1.1.2 柔性機(jī)械臂建模方法12-13
• 1.1.3 柔性機(jī)械臂控制方法13-15
• 1.1.4 國(guó)內(nèi)外柔性機(jī)械臂實(shí)驗(yàn)室介紹15-18
• 1.2 本文所采取的基本思路18-19
• 1.3 論文組織結(jié)構(gòu)19-21
• 第2章 懸掛式柔性機(jī)械臂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)21-28
• 2.1 模塊化柔性機(jī)械臂21-22
• 2.2 檢測(cè)裝置22-25
• 2.3 柔性機(jī)械臂軟件平臺(tái)25-28
• 第3章 基于輸入整形技術(shù)的懸掛式單連桿柔性機(jī)械臂角度控制28-37
• 3.1 引言28-29
• 3.2 基于最小二乘法的模型辨識(shí)29
• 3.3 輸入整形技術(shù)29-32
• 3.4 算法描述32
• 3.5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試32-36
• 3.6 小結(jié)36-37
• 第4章 懸掛式單連桿柔性臂的串級(jí)控制37-46
• 4.1 引言37-38
• 4.2 懸掛式單連桿柔性機(jī)械臂38-40
• 4.3 控制器設(shè)計(jì)40-41
• 4.4 控制器的穩(wěn)定性分析41-43
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果43-45
• 4.6 小結(jié)45-46
• 第5章 基于魯棒自適應(yīng)的懸掛式雙連桿柔性機(jī)械臂末端點(diǎn)到點(diǎn)控制方法46-64
• 5.1 引言46-48
• 5.2 懸掛式雙連桿柔性機(jī)械臂的參數(shù)模型48-49
• 5.3 集成控制框架49-53
• 5.3.1 魯棒自適應(yīng)控制器50-51
• 5.3.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型51-53
• 5.3.2.1 極限學(xué)習(xí)機(jī)51-52
• 5.3.2.2 基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型52-53
• 5.4 仿真測(cè)試53-62
• 5.4.1 基于SimMechanics的懸掛式雙連桿柔性機(jī)械臂53-57
• 5.4.1.1 常見SimMechanics模塊53-55
• 5.4.1.2 SimMechanics中的柔性臂模塊55-57
• 5.4.2 懸掛式雙連桿柔性臂的仿真57-62
• 5.5 總結(jié)62-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 工作總結(jié)64-65
• 6.2 研究展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 作者攻讀碩士期間的科研成果70

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1 張慶,王華坤,張世琪;組合柔性機(jī)械臂變形及滯遲特性分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2005年05期

2 劉廣瑞;柔性機(jī)械臂振動(dòng)控制研究[J];機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新;2005年03期

3 張雪蓮;潘鐵強(qiáng);;柔性機(jī)械臂控制方法的研究[J];科技信息(學(xué)術(shù)研究);2006年09期

4 崔玲麗;張建宇;高立新;肖志權(quán);;柔性機(jī)械臂系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2007年06期

5 李坤;，

本文編號(hào)：660720