面向欠-全驅(qū)動機械系統(tǒng)的層級化自組織控制方法研究.pdf

1、機械系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)驅(qū)動裝置數(shù)目和運動自由度維數(shù)之間的相對關(guān)系，可以分為欠驅(qū)動、全驅(qū)動和過驅(qū)動機械系統(tǒng)。面向欠/全驅(qū)動機械系統(tǒng)的控制研究和設(shè)計具有非常廣泛的應(yīng)用前景、深遠的理論意義和重要的研究價值。針對欠/全驅(qū)動機械系統(tǒng)控制的共性和突出問題，本文研究并提出了一種新型的層級化自組織控制方法，旨在推動和促進相關(guān)控制理論和控制方法研究的發(fā)展，為提高欠/全驅(qū)動機械系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中的控制自動化和智能化水平提供一種新的思路和方法。由于欠/全驅(qū)動機械系

2、統(tǒng)的多樣性，對它們的控制設(shè)計和研究主要是針對具體的某一種或者某一類系統(tǒng)。因此，本文選擇橋式吊車系統(tǒng)和二自由度機器人系統(tǒng)，分別作為欠驅(qū)動機械系統(tǒng)和全驅(qū)動機器人系統(tǒng)的典型代表和研究目標(biāo)，開展了如下的研究內(nèi)容和主要工作:
　　(1)基于拉格朗日方程構(gòu)建、分析了欠/全驅(qū)動機械系統(tǒng)動力學(xué)模型和特性。分別對欠驅(qū)動橋式吊車系統(tǒng)和全驅(qū)動二自由度機器人系統(tǒng)進行了動力學(xué)模型的構(gòu)建;基于拉格朗日建模過程，分析、討論機械系統(tǒng)的共有動力學(xué)特性，給出了欠/全

3、驅(qū)動機械系統(tǒng)動力學(xué)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式;基于機械系統(tǒng)動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型，轉(zhuǎn)化、建立兩類系統(tǒng)的相應(yīng)的狀態(tài)空間模型，作為后續(xù)章節(jié)中控制方法研究和控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。
　　(2)面向欠驅(qū)動橋式吊車系統(tǒng)研究了層級化模糊最優(yōu)控制方法。針對橋式吊車系統(tǒng)控制特性，將其控制問題歸納、轉(zhuǎn)化為運載過程的多目標(biāo)優(yōu)化問題，設(shè)計了目標(biāo)跟蹤類型的最優(yōu)控制律和最優(yōu)控制系統(tǒng);分析了最優(yōu)控制目標(biāo)函數(shù)中權(quán)重矩陣的配置與控制策略之間關(guān)系，設(shè)計了面向最優(yōu)控制權(quán)重矩陣配置的模糊邏輯

4、規(guī)劃系統(tǒng);研究了層級化控制架構(gòu)和機理，以最優(yōu)控制權(quán)重矩陣配置和控制策略規(guī)劃作為紐帶，實現(xiàn)了模糊邏輯控制技術(shù)和最優(yōu)控制理論的有機地聯(lián)結(jié)與融合。
　　(3)面向全驅(qū)動二自由度機器人系統(tǒng)研究了自組織模糊最優(yōu)控制方法。針對二自由度機器人系統(tǒng)復(fù)雜的動力學(xué)和控制特性，提出了面向權(quán)重元素的自組織模糊學(xué)習(xí)算法，設(shè)計了面向最優(yōu)控制權(quán)重矩陣配置的自組織模糊邏輯規(guī)劃系統(tǒng);研究了面向自組織模糊規(guī)劃的非線性高次型目標(biāo)函數(shù)形式，基于最優(yōu)控制理論中的最大值原理

5、，推導(dǎo)出了非線性高次型最優(yōu)控制的類黎卡提方程，研究了自組織模糊最優(yōu)反饋控制律和控制算法，采用層級化的控制架構(gòu)設(shè)計了的自組織模糊最優(yōu)控制系統(tǒng)。
　　(4)基于李雅普諾夫理論研究、論證了層級化自組織控制的穩(wěn)定性。研究并證明了層級化模糊最優(yōu)控制系統(tǒng)在狀態(tài)跟蹤控制過程中的廣義漸近穩(wěn)定性;推導(dǎo)出了非線性高次型目標(biāo)函數(shù)約束下最優(yōu)控制系統(tǒng)保持漸近穩(wěn)定性的充分條件，研究并證明了自組織模糊最優(yōu)控制系統(tǒng)在狀態(tài)調(diào)節(jié)控制過程中的全局漸近穩(wěn)定性。