本文關(guān)鍵詞：基于故障觀測器的可重構(gòu)機(jī)械臂主動容錯控制方法研究

  更多相關(guān)文章： 可重構(gòu)機(jī)械臂 分散控制 龍伯格觀測器 狀態(tài)擴(kuò)張觀測器 LMI 主動容錯控制

【摘要】：由于機(jī)械臂技術(shù)的進(jìn)步促使其應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍正在不斷擴(kuò)展,人們希望機(jī)械臂能完成更加復(fù)雜的任務(wù)。運(yùn)用重新編程,可以使傳統(tǒng)的機(jī)械臂能夠很容易地完成許多不同的任務(wù),然而傳統(tǒng)機(jī)械臂所能完成任務(wù)的范圍卻受其自身的機(jī)械結(jié)構(gòu)限制。在此情況下,可重構(gòu)機(jī)械臂的研究得到發(fā)展。可重構(gòu)機(jī)械臂是能夠按照特定任務(wù),改變關(guān)節(jié)和連桿模塊,構(gòu)成任務(wù)所需求的構(gòu)形。針對可重構(gòu)機(jī)械臂這種新的機(jī)械臂構(gòu)形可以開展的研究內(nèi)容非常豐富,例如可重構(gòu)機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)模型建立、模型建立后控制器的設(shè)計(jì)以及在子系統(tǒng)發(fā)生故障時的故障檢測與容錯控制等�，F(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展,使得任務(wù)要求越來越高,有些任務(wù)已經(jīng)不適合人類直接完成。例如,深空探測、海底探測等高危任務(wù)都已是可重構(gòu)機(jī)械臂取代人類完成。然而隨著工作任務(wù)與控制系統(tǒng)的日益復(fù)雜,且可重構(gòu)機(jī)械臂執(zhí)行任務(wù)時長期處在極端的工作環(huán)境,導(dǎo)致其執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳感機(jī)構(gòu)不可避免的會發(fā)生某些故障。這類系統(tǒng)一旦其部分元器件發(fā)生故障,輕則引起系統(tǒng)失靈,重則造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。以此為背景,設(shè)計(jì)一個安全可靠,能夠在系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或傳感機(jī)構(gòu)部分發(fā)生故障時仍能使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可重構(gòu)機(jī)械臂系統(tǒng),具有重要的意義。本文針對一類具有傳感器和執(zhí)行器故障的可重構(gòu)機(jī)械臂系統(tǒng),研究內(nèi)容與工作如下:1.給出課題的研究背景意義,對可重構(gòu)機(jī)械臂的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及主要研究內(nèi)容進(jìn)行簡要概述。2.利用剛體的動力學(xué)方程幾何公式得到模塊子系統(tǒng)的動力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,采用機(jī)器人構(gòu)形運(yùn)動學(xué)描述,通過正向迭代(廣義速度與加速度)和反向迭代(廣義力)求出模塊子系統(tǒng)的Newton-Euler方程。并針對子系統(tǒng)動力學(xué)模型的狀態(tài)空間表達(dá)形式,給出傳感器與執(zhí)行器同時發(fā)生故障時的多故障子系統(tǒng)動力學(xué)模型。3.針對軌跡跟蹤問題,設(shè)計(jì)一種基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)機(jī)械臂分散控制,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)逼近子系統(tǒng)的非線性項(xiàng),應(yīng)用自適應(yīng)控制對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近誤差與子系統(tǒng)耦合項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)可重構(gòu)機(jī)械臂系統(tǒng)狀態(tài)可測時,提出一種基于狀態(tài)擴(kuò)張觀測器的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分散控制方法。基于狀態(tài)擴(kuò)張觀測器估計(jì)值和Lyapunov穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分散控制律,最后通過仿真研究驗(yàn)證了所提出方法的有效性。4.針對可重構(gòu)機(jī)械臂各子系統(tǒng)的執(zhí)行器與傳感器故障,提出一種基于線性矩陣不等式(LMI)技術(shù)和H?性能指標(biāo)的龍伯格觀測器和動態(tài)輸出反饋控制器。采用龍伯格觀測器對執(zhí)行器和傳感器的故障進(jìn)行估計(jì),該方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要故障檢測和隔離單元。之后,基于觀測器的觀測值設(shè)計(jì)動態(tài)輸出反饋控制器進(jìn)行主動容錯控制。最后,基于Lyapunov理論給出龍伯格觀測器與動態(tài)輸出反饋控制器的穩(wěn)定性證明,并對不同構(gòu)形下的可重構(gòu)機(jī)械臂子系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了觀測器與控制器的有效性。5.對全文內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié),并結(jié)合本文的研究結(jié)果,對進(jìn)一步的研究進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】：可重構(gòu)機(jī)械臂 分散控制 龍伯格觀測器 狀態(tài)擴(kuò)張觀測器 LMI 主動容錯控制
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP241
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 選題的研究背景及意義10
• 1.2 可重機(jī)械臂的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 可重構(gòu)機(jī)械臂主要研究內(nèi)容13-16
• 1.3.1 模型建立與動力學(xué)控制13-15
• 1.3.2 故障診斷與容錯15-16
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 可重構(gòu)機(jī)械臂動力學(xué)模型建立18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 可重構(gòu)機(jī)械臂動力學(xué)模型的建立18-24
• 2.2.1 剛體的Newton-Euler方程18-19
• 2.2.2 基于Newton-Euler迭代算法的動力學(xué)模型19-24
• 2.3 可重構(gòu)機(jī)械臂分散多故障動力學(xué)模型24-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 可重構(gòu)機(jī)械臂自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分散控制28-44
• 3.1 引言28
• 3.2 自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分散控制28-35
• 3.2.1 問題描述28-29
• 3.2.2 控制器設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析29-33
• 3.2.3 仿真研究33-35
• 3.3 基于觀測器的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分散控制35-42
• 3.3.1 預(yù)備知識35-36
• 3.3.2 控制器設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析36-39
• 3.3.3 仿真研究39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第4章 可重構(gòu)機(jī)械臂多故障并發(fā)主動容錯控制44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 龍伯格故障觀測器設(shè)計(jì)44-51
• 4.2.1 問題描述44-45
• 4.2.2 預(yù)備知識45-46
• 4.2.3 龍伯格故障觀測器設(shè)計(jì)46-49
• 4.2.4 主動容錯控制器設(shè)計(jì)49-51
• 4.3 仿真研究51-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 總結(jié)與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果64-66
• 致謝66

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：869494