本文關鍵詞：懸掛式柔性機械臂點到點運動控制研究

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【摘要】：目前柔性機械臂振動控制的研究對象大多是在水平面運動的單連桿柔性機械臂,在控制器設計的時候往往直接忽略重力的影響,而在實際應用中柔性機械臂不可能局限于水平面上的運動,會涉及到三維空間上的運動,典型代表有懸掛式柔性機械臂,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械臂的控制方法難以直接用于諸如懸掛式柔性機械臂控制問題當中。針對懸掛式柔性機械臂點到點運動控制任務,本文結合輸入整形技術、串級控制方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡控制策略,提出了幾種有效的控制方案,以解決懸掛式柔性機械臂點到點控制任務中涉及到的振動問題以及運動控制問題。所做工作具體如下：(1) 本文結合系統(tǒng)辨識方法和輸入整形技術,提出了一種簡單有效的前饋控制方法,以解決懸掛式單連桿柔性機械臂的角度控制問題以及振動控制問題。首先,該前饋控制方案利用最小二乘方法辨識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)的極點分布確定輸入整形算子的參數(shù),最后將控制信號和輸入整形算子得到的脈沖卷積結果輸入到控制器中。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械臂的復雜建模過程,且輸入整形技術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械臂的角度控制。最后,利用實驗室的懸掛式柔性機械臂平臺進行實驗測試。(2) 本文基于串級控制思想,提出了一種基于機械臂末端位置測量的雙回路控制方案,解決了懸掛式單連桿柔性機械臂的角度控制問題和振動控制問題。該方案給出了一種由兩個控制回路構成的串級控制方案,以克服重力及柔性臂振動的影響,其中主回路控制器為常規(guī)PID控制器,用于實現(xiàn)懸掛式單連桿柔性臂末端角度的準確定位任務；副回路控制器為基于驅動關節(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和外部擾動。最后,利用實驗室的懸掛式柔性機械臂平臺進行實驗測試。(3) 針對懸掛式雙連桿柔性機械臂的點到點控制問題,本文提出了一種魯棒自適應的集成控制方法,以避免對懸掛式柔性機械臂精確模型的依賴。該魯棒自適應控制方案由神經(jīng)網(wǎng)絡控制器,滑�？刂破饕约癙D控制器構成。其中,神經(jīng)網(wǎng)絡控制器中的隱含層節(jié)點參數(shù)同極限學習機一樣是隨機生成,其余相關參6數(shù)的更新策略是通過李亞普諾夫穩(wěn)定性準則確定得到的；滑模控制主要是用于消除模型誤差以及逼近誤差。此外,考慮到在重力的影響下很難得到懸掛式柔性機械臂的逆運動學模型,而神經(jīng)網(wǎng)絡能夠很好地逼近系統(tǒng)地模型,故本文采用極限學習神經(jīng)網(wǎng)絡來學習該逆運動學模型,即關節(jié)角度和末端坐的關系。最后基于SimMechanics仿真平臺對該算法進行了驗證測試。
【關鍵詞】：懸掛式柔性機械臂 點到點控制任務 輸入整形 串級控制 魯棒自適應
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP241
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 柔性機械臂及其控制方法概述12-18
• 1.1.1 柔性機械臂12
• 1.1.2 柔性機械臂建模方法12-13
• 1.1.3 柔性機械臂控制方法13-15
• 1.1.4 國內(nèi)外柔性機械臂實驗室介紹15-18
• 1.2 本文所采取的基本思路18-19
• 1.3 論文組織結構19-21
• 第2章 懸掛式柔性機械臂實驗平臺21-28
• 2.1 模塊化柔性機械臂21-22
• 2.2 檢測裝置22-25
• 2.3 柔性機械臂軟件平臺25-28
• 第3章 基于輸入整形技術的懸掛式單連桿柔性機械臂角度控制28-37
• 3.1 引言28-29
• 3.2 基于最小二乘法的模型辨識29
• 3.3 輸入整形技術29-32
• 3.4 算法描述32
• 3.5 實驗測試32-36
• 3.6 小結36-37
• 第4章 懸掛式單連桿柔性臂的串級控制37-46
• 4.1 引言37-38
• 4.2 懸掛式單連桿柔性機械臂38-40
• 4.3 控制器設計40-41
• 4.4 控制器的穩(wěn)定性分析41-43
• 4.5 實驗結果43-45
• 4.6 小結45-46
• 第5章 基于魯棒自適應的懸掛式雙連桿柔性機械臂末端點到點控制方法46-64
• 5.1 引言46-48
• 5.2 懸掛式雙連桿柔性機械臂的參數(shù)模型48-49
• 5.3 集成控制框架49-53
• 5.3.1 魯棒自適應控制器50-51
• 5.3.2 逆運動學模型51-53
• 5.3.2.1 極限學習機51-52
• 5.3.2.2 基于極限學習機的逆運動學模型52-53
• 5.4 仿真測試53-62
• 5.4.1 基于SimMechanics的懸掛式雙連桿柔性機械臂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62-64
• 第6章 總結與展望64-66
• 6.1 工作總結64-65
• 6.2 研究展望65-66
• 參考文獻66-70
• 作者攻讀碩士期間的科研成果70

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本文編號：660720