發(fā)布時(shí)間：2020-12-08 07:08

　　隨著工業(yè)4.0以及智能制造的提出,掀起了模塊化機(jī)械臂的研究高潮。模塊化機(jī)械臂由統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的物理和電氣接口的關(guān)節(jié)和連桿等構(gòu)成,可自主的改變構(gòu)型完成不同工作任務(wù)的需要。因此,模塊化機(jī)械臂廣泛應(yīng)用于執(zhí)行任務(wù)非單一、工作環(huán)境復(fù)雜的工作環(huán)境中,其傳感器、執(zhí)行器和其他電子部件不可避免的發(fā)生故障,且不能夠人為的干預(yù),接下來(lái)將會(huì)產(chǎn)生重大的財(cái)產(chǎn)損失,甚至于人員傷亡等重大事故。因此對(duì)于模塊化機(jī)械臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制系統(tǒng)來(lái)保障模塊化機(jī)械臂系統(tǒng)在故障發(fā)生后依舊能夠保持一定的控制性能具有重要的理論和實(shí)際意義。另外,對(duì)于模塊機(jī)械臂控制系統(tǒng),結(jié)合最優(yōu)控制理論,在本著提高控制精度并優(yōu)化能源消耗方面的研究也具有重大且深遠(yuǎn)的意義。從目前資料來(lái)看,結(jié)合最優(yōu)控制思想,對(duì)于多故障并發(fā)的模塊化機(jī)械臂進(jìn)行故障容錯(cuò)控制方法的研究并不多見(jiàn),也不夠深入。本文針對(duì)模塊化機(jī)械臂多故障并發(fā)的情形,提出了一種基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的最優(yōu)容錯(cuò)控制方法,主要研究了基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃（Adaptive dynamic programming,ADP）多傳感器故障的模塊化機(jī)械臂最優(yōu)容錯(cuò)控制方法、傳感器和執(zhí)行器故障并發(fā)下基于ADP的模塊化機(jī)械臂最優(yōu)容錯(cuò)控制方法。... 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人

第1章緒論2出強(qiáng)大的生命力。然而由于這些極端的工作環(huán)境，其工作模塊不可避免的發(fā)生老化磨損等現(xiàn)象，對(duì)于模塊化機(jī)械臂不可避免的發(fā)生故障加上工作環(huán)境的惡劣性使得其不能人為的維修與干預(yù)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與硬件技術(shù)的發(fā)展，大量的故障研究表明故障的發(fā)生往往來(lái)自于執(zhí)行器和傳感器故障。對(duì)此倘若模塊化機(jī)械臂發(fā)生故障，此時(shí)模塊化機(jī)械臂系統(tǒng)的穩(wěn)定性與控制性能均會(huì)招到嚴(yán)重的影響。如果這些故障不能夠進(jìn)行有效的容許的控制，這將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡等嚴(yán)重的后果。因此，提高模塊化機(jī)械臂系統(tǒng)的安全性和可靠性，針對(duì)模塊化機(jī)械臂系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行器故障研究具有重大的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。圖1.1傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人圖1.2模塊化機(jī)器人目前，針對(duì)模塊化機(jī)械臂的容錯(cuò)控制研究方面雖然取得了一定的研究成果，但是我們知道容錯(cuò)控制的本質(zhì)是犧牲能源為代價(jià)去保證模塊化機(jī)械臂故障系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行以及盡可能的保證控制性能，對(duì)于在保證模塊化機(jī)械臂故障系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性與控制精度的前提下，基于最優(yōu)控制的思想，實(shí)現(xiàn)控制性能與能源消耗的平衡與優(yōu)化這一理念思想的研究并不夠多見(jiàn)也不夠深入。針對(duì)模塊化機(jī)械臂的最優(yōu)容錯(cuò)控制問(wèn)題，我們首先基于微分同胚原理，引進(jìn)一階濾波器，將傳感器故障轉(zhuǎn)化為偽執(zhí)行器故障。另外結(jié)合改進(jìn)的性能指標(biāo)將容錯(cuò)控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)控制問(wèn)題。由此，問(wèn)題的關(guān)鍵就轉(zhuǎn)

第1章緒論3化為對(duì)HJB方程的求解。對(duì)于線(xiàn)性系統(tǒng)和代價(jià)函數(shù)為二次型的形式，我們可以直接通過(guò)求解黎卡提方程獲得。而由于模塊化機(jī)械臂系統(tǒng)的高度的非線(xiàn)性，對(duì)于這種偏微分形式的HJB方程的求解，這是非常困難的。自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃（ADP）是最優(yōu)控制領(lǐng)域新興起的一種近似最優(yōu)方法，它結(jié)合了強(qiáng)化學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)規(guī)劃和自適應(yīng)評(píng)判設(shè)計(jì)等知識(shí)，解決了動(dòng)態(tài)規(guī)劃隨著控制系統(tǒng)維度的增加引起的“維數(shù)災(zāi)”問(wèn)題。ADP是求解非線(xiàn)性系統(tǒng)最優(yōu)控制問(wèn)題強(qiáng)有力的工具，ADP方法通過(guò)函數(shù)近似結(jié)構(gòu)比如多項(xiàng)式、模糊模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法去近似HJB方程的解，并采用離線(xiàn)迭代或者在線(xiàn)更新的方法，進(jìn)而獲取最優(yōu)控制策略，最終解決了非線(xiàn)性系統(tǒng)的優(yōu)化控制問(wèn)題。目前，基于最優(yōu)控制思想，針對(duì)模塊化機(jī)械臂的多故障容錯(cuò)控制問(wèn)題的研究還有許多理論上的問(wèn)題。因此，基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的思想，對(duì)模塊化機(jī)械臂的最優(yōu)容錯(cuò)控制問(wèn)題，在保證控制性能的基礎(chǔ)上盡可能的節(jié)約資源成為了當(dāng)前迫切需要解決的的課題。本問(wèn)題的解決不僅推動(dòng)了ADP最優(yōu)理論在模塊化機(jī)械臂的應(yīng)用，另外模塊化機(jī)械臂也成為了其理論驗(yàn)證的平臺(tái)，推動(dòng)了交叉學(xué)科的發(fā)展。1.2模塊化機(jī)械臂的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀模塊化機(jī)械臂由統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電氣與物理接口的連桿與關(guān)節(jié)構(gòu)成，并且滿(mǎn)足不同模塊之間的通信，可以根據(jù)任務(wù)的需要靈活地增減或者改變連桿模塊，達(dá)到構(gòu)型改變的目的來(lái)完成不同環(huán)境下的工作任務(wù)。世界上第一臺(tái)基于模塊化思想設(shè)計(jì)的模塊化機(jī)械臂系統(tǒng)RMMS[3]是在20世紀(jì)80年代在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)實(shí)驗(yàn)室誕生的，如圖1.3所示，RMMS系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了機(jī)械上的可重構(gòu)，而且包括軟件和控制算法的可重構(gòu)。圖1.3RMMS機(jī)器人及相應(yīng)模塊

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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