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

1、預(yù)測控制在處理復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化控制問題時(shí)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(gè)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，提出了一種基于雙層結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)模型預(yù)測控制算法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了一種針對機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制的雙層結(jié)構(gòu)的模型預(yù)測控制

2、方法。整個(gè)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(jì)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(dòng)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(jì)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。⑵將雙層控制結(jié)構(gòu)應(yīng)用于柔性機(jī)械臂的振動(dòng)抑制中。創(chuàng)建了柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)方程，通過仿真對其進(jìn)行運(yùn)

3、動(dòng)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(dòng)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(jì)中增加特定的功能，可更好地實(shí)現(xiàn)振動(dòng)抑制。在MATLAB環(huán)境下搭建仿真平臺，驗(yàn)證了算法的有效性。⑶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(dòng)控制。針對特定的控制對象PUMA560，設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)的情況，本文在雙層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入了前饋控