仿射運(yùn)動(dòng)學(xué)約束的非完整系統(tǒng)跟蹤控制研究.pdf

1、非完整系統(tǒng)廣泛存在于現(xiàn)實(shí)世界中，如柔性連桿機(jī)械手、輪式移動(dòng)機(jī)器人、車載倒立擺、水下運(yùn)動(dòng)車輛等，由于非完整約束的存在，以及系統(tǒng)本質(zhì)非線性，解決這類系統(tǒng)的控制問(wèn)題具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性.因此，研究非完整系統(tǒng)的控制問(wèn)題具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。受近年來(lái)成果的啟發(fā)，我們研究了非完整機(jī)械系統(tǒng)的跟蹤控制問(wèn)題，所研究的系統(tǒng)受到一類更廣泛的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束—仿射約束.在控制設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用終端滑模控制技術(shù)、反步遞推算法、積分反饋補(bǔ)償策略等方法，針對(duì)幾類不同的系統(tǒng)

2、模型設(shè)計(jì)了自適應(yīng)跟蹤控制器，實(shí)現(xiàn)了非完整系統(tǒng)的跟蹤控制。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴針對(duì)一類受仿射約束且?guī)в邢到y(tǒng)不確定性的非完整系統(tǒng)，研究了其動(dòng)態(tài)/力的跟蹤控制問(wèn)題.首先運(yùn)用非線性微分，代數(shù)處理技巧，消除了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程中的約束力，然后結(jié)合積分反饋補(bǔ)償策略和自適應(yīng)技術(shù)去補(bǔ)償系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不確定性.所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)跟蹤控制器確保了閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)漸近跟蹤到給定期望的軌跡并且確保約束力的跟蹤誤差保持在一個(gè)可控的界內(nèi).船舶行駛在河流上的跟蹤控制作為

3、一個(gè)實(shí)際的仿真算例驗(yàn)證了控制算法的有效性。
　　⑵針對(duì)一類受仿射約束的不確定非完整系統(tǒng)，考察了其自適應(yīng)跟蹤控制問(wèn)題.通過(guò)靈活地結(jié)合終端滑模控制方法，繼電切換控制技術(shù)和自適應(yīng)理論提出一個(gè)有效的跟蹤控制方案。所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)繼電開(kāi)關(guān)控制器能確保輸出跟蹤誤差漸近收斂到零.實(shí)際的仿真算例驗(yàn)證了控制方案的有效性。
　　⑶針對(duì)一類受完整約束和仿射約束的不確定移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)，研究了其動(dòng)態(tài)/力的跟蹤控制問(wèn)題.討論了該實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，算

4、法設(shè)計(jì)及理論分析.對(duì)系統(tǒng)所受到的仿射約束和完整約束分別作了恰當(dāng)?shù)奶幚?，根?jù)漸近跟蹤思想和自適應(yīng)理論，提出了自適應(yīng)跟蹤算法。所設(shè)計(jì)的跟蹤控制器確保了系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)漸近跟蹤到期望的軌跡并且確保力的跟蹤誤差保持在任意小的范圍內(nèi)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出控制算法的可行性。
　　⑷針對(duì)一類受仿射約束且?guī)в星夫?qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的不確定移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)，考慮了該機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，控制設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析.通過(guò)狀態(tài)變換和動(dòng)態(tài)解耦把原始動(dòng)態(tài)系統(tǒng)拆分成一個(gè)可實(shí)現(xiàn)漸近跟

5、蹤的子系統(tǒng)和一個(gè)穩(wěn)定的子系統(tǒng).所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)跟蹤控制器使得系統(tǒng)的第一個(gè)子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)給定有界信號(hào)的漸近跟蹤控制，而剩余狀態(tài)則是穩(wěn)定的。仿真結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)的跟蹤控制器的有效性。
　?、舍槍?duì)一類受仿射約束的非完整動(dòng)態(tài)系統(tǒng)—旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上運(yùn)動(dòng)的豎直移動(dòng)輪系統(tǒng)，研究了其動(dòng)態(tài)/力的跟蹤控制問(wèn)題.首先對(duì)豎直移動(dòng)輪在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)建模，然后通過(guò)狀態(tài)變換把動(dòng)態(tài)模型化成了級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的形式，應(yīng)用反步遞推設(shè)計(jì)法對(duì)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)了跟蹤控制方案.