欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、非線性欠驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的獨(dú)立控制變量個(gè)數(shù)小于系統(tǒng)自由度個(gè)數(shù)的一類(lèi)非線性系統(tǒng)。由于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性、非線性、不穩(wěn)定性、要求多目標(biāo)控制等原因，導(dǎo)致非線性欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制難度較大，但由于其在減少執(zhí)行元件個(gè)數(shù)，減輕重量以及降低造價(jià)、操作靈活等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂是典型的非線性欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，是由兩根剛性連桿通過(guò)活動(dòng)關(guān)節(jié)連接而成。第一個(gè)關(guān)節(jié)與一臺(tái)直流電機(jī)相連，為驅(qū)動(dòng)關(guān)

2、節(jié);第二個(gè)關(guān)節(jié)連接兩個(gè)桿臂，為欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)。此系統(tǒng)屬于典型的單輸入雙輸出系統(tǒng)，能夠進(jìn)行經(jīng)典的欠驅(qū)動(dòng)方向的實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)由于其獨(dú)特的復(fù)雜性，同樣適合進(jìn)行復(fù)雜算法的實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，以良好的控制性能、系統(tǒng)的安全運(yùn)行以及易于操作作為系統(tǒng)的目標(biāo)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的專(zhuān)用控制軟件，然后針對(duì)傳統(tǒng)平衡控制算法存在的問(wèn)題，提出了一種基于T-S模糊的LQR平衡控制算法，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償擺臂起擺時(shí)的摩

3、擦干擾，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的控制算法的有效性和先進(jìn)性。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.描述了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特性和研究功能等，并分析了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂控制算法的研究現(xiàn)狀，通過(guò)拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程建立了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂被控對(duì)象的動(dòng)力學(xué)模型，并通過(guò)能量法建立了參數(shù)辨識(shí)方程。
　　2.完成欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂建模之后，針對(duì)傳統(tǒng)控制算法存在的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于T-S模糊的LQR控制器和采用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)哪芰糠ㄆ饠[控制器。基

4、于T-S模糊的平衡控制算法，首先將系統(tǒng)設(shè)定的狀態(tài)空間分為若干個(gè)模糊子空間，通過(guò)線性二次型最優(yōu)理論和線性調(diào)節(jié)理論，在每個(gè)模糊子空間建立局部控制器，保證系統(tǒng)在每個(gè)局部子空間中平衡，并最終收斂于給定平衡點(diǎn)，然后使用隸屬函數(shù)平滑的將各個(gè)局部控制器連接起來(lái)，得到非線性控制對(duì)象的模糊平衡控制器，實(shí)現(xiàn)了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂在任意給定點(diǎn)的平衡控制，解決了傳統(tǒng)平衡算法抗干擾區(qū)間小，魯棒性差等問(wèn)題?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)钠饠[控制算法，是通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償被控對(duì)象的未建模

5、動(dòng)態(tài)，使其達(dá)到更好的控制效果。
　　3.編寫(xiě)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂專(zhuān)用控制軟件，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂控制系統(tǒng)復(fù)雜算法模塊、濾波模塊、切換模塊、虛擬對(duì)象模塊以及實(shí)時(shí)信號(hào)檢測(cè)模塊等，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行、便于操作者對(duì)控制系統(tǒng)更為直觀準(zhǔn)確的監(jiān)控，然后，對(duì)所開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用控制軟件進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試和驗(yàn)證，證明了其有效性和先進(jìn)性。最后，在控制軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并結(jié)合傳統(tǒng)控制算法進(jìn)行比較，通過(guò)性能指標(biāo)分析比較，證明所提出和采用的控制算法較