隨著工業(yè)4.0以及智能制造的提出,掀起了模塊化機械臂的研究高潮。模塊化機械臂由統(tǒng)一標準的物理和電氣接口的關節(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的需要。因此,模塊化機械臂廣泛應用于執(zhí)行任務非單一、工作環(huán)境復雜的工作環(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,接下來將會產(chǎn)生重大的財產(chǎn)損失,甚至于人員傷亡等重大事故。因此對于模塊化機械臂系統(tǒng)設計容錯控制系統(tǒng)來保障模塊化機械臂系統(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際意義。另外,對于模塊機械臂控制系統(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的意義。從目前資料來看,結(jié)合最優(yōu)控制思想,對于多故障并發(fā)的模塊化機械臂進行故障容錯控制方法的研究并不多見,也不夠深入。本文針對模塊化機械臂多故障并發(fā)的情形,提出了一種基于自適應動態(tài)規(guī)劃的最優(yōu)容錯控制方法,主要研究了基于自適應動態(tài)規(guī)劃（Adaptive dynamic programming,ADP）多傳感器故障的模塊化機械臂最優(yōu)容錯控制方法、傳感器和執(zhí)行器故障并發(fā)下基于ADP的模塊化機械臂最優(yōu)容錯控制方法。... 

【文章來源】：長春工業(yè)大學吉林省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)工業(yè)機器人

第1章緒論2出強大的生命力。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，對于模塊化機械臂不可避免的發(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。隨著計算機科學與硬件技術的發(fā)展，大量的故障研究表明故障的發(fā)生往往來自于執(zhí)行器和傳感器故障。對此倘若模塊化機械臂發(fā)生故障，此時模塊化機械臂系統(tǒng)的穩(wěn)定性與控制性能均會招到嚴重的影響。如果這些故障不能夠進行有效的容許的控制，這將帶來巨大的經(jīng)濟損失甚至人員傷亡等嚴重的后果。因此，提高模塊化機械臂系統(tǒng)的安全性和可靠性，針對模塊化機械臂系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行器故障研究具有重大的理論價值和實際應用價值。圖1.1傳統(tǒng)工業(yè)機器人圖1.2模塊化機器人目前，針對模塊化機械臂的容錯控制研究方面雖然取得了一定的研究成果，但是我們知道容錯控制的本質(zhì)是犧牲能源為代價去保證模塊化機械臂故障系統(tǒng)的繼續(xù)運行以及盡可能的保證控制性能，對于在保證模塊化機械臂故障系統(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也不夠深入。針對模塊化機械臂的最優(yōu)容錯控制問題，我們首先基于微分同胚原理，引進一階濾波器，將傳感器故障轉(zhuǎn)化為偽執(zhí)行器故障。另外結(jié)合改進的性能指標將容錯控制問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)控制問題。由此，問題的關鍵就轉(zhuǎn)

第1章緒論3化為對HJB方程的求解。對于線性系統(tǒng)和代價函數(shù)為二次型的形式，我們可以直接通過求解黎卡提方程獲得。而由于模塊化機械臂系統(tǒng)的高度的非線性，對于這種偏微分形式的HJB方程的求解，這是非常困難的。自適應動態(tài)規(guī)劃（ADP）是最優(yōu)控制領域新興起的一種近似最優(yōu)方法，它結(jié)合了強化學習、動態(tài)規(guī)劃和自適應評判設計等知識，解決了動態(tài)規(guī)劃隨著控制系統(tǒng)維度的增加引起的“維數(shù)災”問題。ADP是求解非線性系統(tǒng)最優(yōu)控制問題強有力的工具，ADP方法通過函數(shù)近似結(jié)構(gòu)比如多項式、模糊模型、神經(jīng)網(wǎng)絡等方法去近似HJB方程的解，并采用離線迭代或者在線更新的方法，進而獲取最優(yōu)控制策略，最終解決了非線性系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題。目前，基于最優(yōu)控制思想，針對模塊化機械臂的多故障容錯控制問題的研究還有許多理論上的問題。因此，基于自適應動態(tài)規(guī)劃的思想，對模塊化機械臂的最優(yōu)容錯控制問題，在保證控制性能的基礎上盡可能的節(jié)約資源成為了當前迫切需要解決的的課題。本問題的解決不僅推動了ADP最優(yōu)理論在模塊化機械臂的應用，另外模塊化機械臂也成為了其理論驗證的平臺，推動了交叉學科的發(fā)展。1.2模塊化機械臂的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀模塊化機械臂由統(tǒng)一標準的電氣與物理接口的連桿與關節(jié)構(gòu)成，并且滿足不同模塊之間的通信，可以根據(jù)任務的需要靈活地增減或者改變連桿模塊，達到構(gòu)型改變的目的來完成不同環(huán)境下的工作任務。世界上第一臺基于模塊化思想設計的模塊化機械臂系統(tǒng)RMMS[3]是在20世紀80年代在卡內(nèi)基梅隆大學實驗室誕生的，如圖1.3所示，RMMS系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了機械上的可重構(gòu)，而且包括軟件和控制算法的可重構(gòu)。圖1.3RMMS機器人及相應模塊

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：2904684