平面Acrobot的運(yùn)動(dòng)特性分析及控制方法研究.pdf

1、本文在對(duì)平面Acrobot進(jìn)行建模的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析平面Acrobot的內(nèi)在運(yùn)動(dòng)特性，提出了基于系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)約束的控制策略，有效克服了平面欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)難于穩(wěn)定的問(wèn)題，為欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)控制提供新的思路。首先，采用拉格朗日力學(xué)方程建立平面Acrobot的動(dòng)力學(xué)模型，并通過(guò)分析系統(tǒng)的可控性能，闡述了系統(tǒng)的控制難點(diǎn)。然后，對(duì)平面Acrobot的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行積分，分別得到系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)連桿和被動(dòng)連桿的角度之間和角

2、速度之間的約束關(guān)系。并根據(jù)這種約束關(guān)系，提出任意姿態(tài)可達(dá)的判斷條件。同時(shí)，給出了末端點(diǎn)位置坐標(biāo)的計(jì)算方法，得到了系統(tǒng)末端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，此軌跡更進(jìn)一步說(shuō)明了在一般情況下，系統(tǒng)具有任意姿態(tài)可達(dá)的特性。接著，基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)約束關(guān)系設(shè)計(jì)控制策略。控制策略設(shè)計(jì)分為兩步:第一步，基于角度約束關(guān)系和末端點(diǎn)位置，利用整數(shù)規(guī)劃型粒子群算法，得到同時(shí)滿足系統(tǒng)精度要求和快速性要求的控制角度目標(biāo)值;第二步，利用驅(qū)動(dòng)連桿的角度和角速度目標(biāo)值，構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)設(shè)計(jì)