行為約束下的Acrobot起擺控制研究.pdf

1、欠驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)是指獨(dú)立控制輸入少于系統(tǒng)自由度的機(jī)械裝置。這類機(jī)械系統(tǒng)由于驅(qū)動裝置的減少，特別適合應(yīng)用在對重量和能源敏感的領(lǐng)域，如航空航天，機(jī)器人等。然而，驅(qū)動裝置的減少也給欠驅(qū)動系統(tǒng)的控制增加了困難。Acrobot是欠驅(qū)動控制研究的基準(zhǔn)對象之一，對Acrobot的控制研究有助于解決欠驅(qū)動領(lǐng)域的控制難題。
　　本文以Acrobot為控制對象，研究行為約束下其在大范圍內(nèi)的起擺控制問題，旨在使Acrobot起擺到豎直向上的平衡位置時能達(dá)

2、到較小的速度，同時縮短Acrobot起擺時間，使其接近于理想的最優(yōu)起擺時間。行為約束是指Acrobot實(shí)物系統(tǒng)中力矩和角度的限制。在這種約束條件下的研究更有實(shí)際意義。
　　針對Acrobot實(shí)物系統(tǒng)，本文建立了區(qū)別于理想模型的Acrobot實(shí)物系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性。實(shí)物系統(tǒng)的動力學(xué)方程中增加了和實(shí)際因素相關(guān)的參數(shù)項，如摩擦力，帶輪等，這些因素會對系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響。另外，本文采用遺傳算法獲取了Acro

3、bot實(shí)物系統(tǒng)精確的參數(shù)，從而保證了控制器的設(shè)計。
　　文中采用砰砰控制規(guī)律獲取了系統(tǒng)的最優(yōu)起擺時間，然而這種意義下的時間并不能完成起擺，它只提供了一個時間基準(zhǔn)。以此時間為依據(jù)，文中設(shè)計了兩種快速起擺的控制器：一種是采用部分反饋線性化并用遺傳算法優(yōu)化其參數(shù)的控制器，一種是基于遺傳算法的起擺控制器?；诓糠址答伨€性化的起擺控制器采用能量泵升的策略，使連桿二跟蹤一個動態(tài)的參考軌跡，從而保證Acrobot起擺。文中改進(jìn)了參考軌跡函數(shù)，從

4、理論上保證了兩桿可同時達(dá)到最高點(diǎn)，并以時間為指標(biāo)應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化了控制器的參數(shù)，最終達(dá)到快速起擺?；谶z傳算法的控制器沒有采用能量泵升的思想，而是模擬自然界中生物的遺傳，進(jìn)化操作，采用優(yōu)勝劣汰機(jī)制最終使Acrobot起擺。這種方法在保證Acrobot快速起擺的同時，還可以使Acrobot達(dá)到最高點(diǎn)時的速度較小。
　　文中最后對實(shí)驗(yàn)平臺的驅(qū)動電路部分做了改進(jìn)，提高了電機(jī)的輸出力矩。在Simulink7.2環(huán)境下建立了基于RTW的半實(shí)