本文關(guān)鍵詞：基于雙層結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂運(yùn)動模型預(yù)測控制算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《上海交通大學(xué)》 2015年

基于雙層結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂運(yùn)動模型預(yù)測控制算法研究

張曉穎  

【摘要】：預(yù)測控制在處理復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化控制問題時表現(xiàn)出顯著的能力。但是,隨著過程工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,單一的預(yù)測控制算法往往難以滿足復(fù)雜被控系統(tǒng)的種種要求,因此目前工業(yè)過程中通常使用以模型預(yù)測控制為核心的分層遞階控制結(jié)構(gòu),它將復(fù)雜的控制任務(wù)分層次逐步解決,各個層次分工明確,控制結(jié)構(gòu)清晰。本文借鑒分層遞階控制的思想,提出一種基于雙層結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂運(yùn)動模型預(yù)測控制算法,主要內(nèi)容可以分為以下幾個部分:1)提出了一種針對機(jī)械臂運(yùn)動控制的雙層結(jié)構(gòu)的模型預(yù)測控制方法。整個控制結(jié)構(gòu)由規(guī)劃層和跟蹤層組成。規(guī)劃層的主要功能是針對特定的控制目標(biāo)和約束條件,為下層跟蹤控制器設(shè)定一條最優(yōu)的參考軌跡,跟蹤層主要是計算最優(yōu)控制力矩使得機(jī)械臂精確跟蹤參考軌跡。本章介紹了如何創(chuàng)建機(jī)械臂動力學(xué)方程,對其進(jìn)行線性化和離散化處理得到機(jī)械臂的狀態(tài)空間方程,并以此作為預(yù)測模型設(shè)計了對應(yīng)于規(guī)劃層和跟蹤層的約束預(yù)測規(guī)劃器和跟蹤控制器。2)將雙層控制結(jié)構(gòu)應(yīng)用于柔性機(jī)械臂的振動抑制中。創(chuàng)建了柔性機(jī)械臂的動力學(xué)方程,通過仿真對其進(jìn)行運(yùn)動分析,并進(jìn)一步確定了機(jī)械臂柔性形變和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動之間的耦合關(guān)系。根據(jù)此耦合關(guān)系,在約束預(yù)測規(guī)劃器的設(shè)計中增加特定的功能,可更好地實(shí)現(xiàn)振動抑制。在MATLAB環(huán)境下搭建仿真平臺,驗(yàn)證了算法的有效性。3)將雙層控制結(jié)構(gòu)應(yīng)用于六自由度機(jī)械臂的運(yùn)動控制。針對特定的控制對象PUMA560,設(shè)計了雙層結(jié)構(gòu)的模型預(yù)測控制方法,使機(jī)械臂可以在滿足動力學(xué)約束的條件下,快速穩(wěn)定地運(yùn)行到目標(biāo)位置。針對機(jī)械臂輸出端存在擾動的情況,本文在雙層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入了前饋控制,通過對擾動參數(shù)進(jìn)行辨識,預(yù)估擾動對預(yù)測模型的影響,并在預(yù)測控制器的設(shè)計過程中加以補(bǔ)償,達(dá)到抑制擾動的目的。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP241
【目錄】：

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