柔性機(jī)械臂末端位置跟蹤的迭代學(xué)習(xí)控制.pdf

1、柔性機(jī)械臂的連桿由輕質(zhì)、柔性的材料構(gòu)成，具有高荷載自重比、自身慣量小、動(dòng)作響應(yīng)迅捷的特點(diǎn)。大到在航天器上的輕型機(jī)械臂，小到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置，都可以看成是柔性機(jī)械臂的實(shí)際應(yīng)用。柔性機(jī)械臂在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，其末端運(yùn)動(dòng)軌跡的在線(xiàn)測(cè)量通常相當(dāng)困難，常規(guī)的末端軌跡反饋控制難以應(yīng)用。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室柔性機(jī)械臂的實(shí)際情況，研究柔性機(jī)械臂終點(diǎn)時(shí)刻末端位置控制問(wèn)題，即控制目標(biāo)不是要求機(jī)械臂末端跟蹤完整條期望軌跡，而是期望末端在期望時(shí)刻達(dá)到理想的最終姿態(tài)或最終輸出。

2、這類(lèi)問(wèn)題是典型的點(diǎn)到點(diǎn)(point to point，PTP)控制問(wèn)題。
　　 本文針對(duì)柔性機(jī)械臂重復(fù)運(yùn)行的情況，在僅能測(cè)量柔性機(jī)械臂運(yùn)行終點(diǎn)時(shí)刻的機(jī)械臂末端位置的條件下，結(jié)合計(jì)算力矩法，提出了柔性機(jī)械臂終點(diǎn)時(shí)刻末端位置的一種新的迭代學(xué)習(xí)控制方法。該方法利用柔性機(jī)械臂的簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型，給出其各關(guān)節(jié)控制力矩的參數(shù)化表示；并依據(jù)柔性臂終點(diǎn)時(shí)刻末端位置的誤差，通過(guò)迭代學(xué)習(xí)算法調(diào)整控制力矩的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)精確達(dá)到柔性臂預(yù)期末端位置的目的

3、。該算法利用學(xué)習(xí)控制不依賴(lài)模型的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了計(jì)算力矩法需要精確模型的缺陷，克服了現(xiàn)存的大多數(shù)的控制方法受建模誤差影響較大的缺點(diǎn)；參數(shù)的迭代學(xué)習(xí)主要起到消除模型誤差和各種干擾的作用，增強(qiáng)了算法的魯棒性。
　　 本文的主要內(nèi)容如下：
　　 (1)針對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有柔性機(jī)械臂的實(shí)際情況，完成了在集中質(zhì)量法假設(shè)條件下的Lagrange能量分析法的動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)，得到了空間三自由度雙連桿柔性機(jī)械臂的一個(gè)相對(duì)精確的理論模型。在此基礎(chǔ)之

4、上，為了后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)，對(duì)此理論模型進(jìn)行了一定的合理簡(jiǎn)化，獲得了一個(gè)形式簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)化模型。此外，還對(duì)這兩種模型進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其合理性和有效性。這兩個(gè)模型為論文的其它的仿真實(shí)驗(yàn)和控制器設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　 (2)提出了一種新的僅已知柔性機(jī)械臂運(yùn)行終點(diǎn)時(shí)刻的機(jī)械臂末端位置誤差的結(jié)合計(jì)算力矩法的迭代學(xué)習(xí)控制算法。這種迭代學(xué)習(xí)控制算法降低了對(duì)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程的測(cè)量要求，同時(shí)也降低了對(duì)模型精確性的要求。通過(guò)理論分析證明了該算法的