面向機(jī)器人的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、近幾年來，針對未知的機(jī)器人系統(tǒng)的控制研究，開發(fā)以及應(yīng)用引發(fā)了世界上許多國家的科學(xué)家和企業(yè)家的極大熱情，這些國家的政府部門紛紛制訂和實(shí)施了相應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃，許多著名的大學(xué)和企業(yè)等都成立或資助了以研究機(jī)器人系統(tǒng)控制為目標(biāo)的研究機(jī)構(gòu)。在我國，很多國內(nèi)高等院校和研究所都在進(jìn)行機(jī)器人研究和開發(fā)及應(yīng)用的工作。機(jī)器人系統(tǒng)控制之所以得到如此的高度的重視和關(guān)注，是因?yàn)槠溥\(yùn)動規(guī)劃是富有挑戰(zhàn)性的課題，是控制領(lǐng)域的一個重要研究方向，也是國內(nèi)外廣大研究人員關(guān)注

2、的研究熱點(diǎn)之一。因此，對機(jī)器人系統(tǒng)的控制研究問題，是本論文研究的基本出發(fā)點(diǎn)。
　　由于機(jī)器人系統(tǒng)具有非常復(fù)雜的特性，真正能夠有效應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的工具并不多。盡管機(jī)器人系統(tǒng)控制的研究復(fù)雜而富有挑戰(zhàn)性，國內(nèi)外很多學(xué)者仍舊迎難而上，致力于這方面的研究。但是現(xiàn)在的很多控制策略都要有非?？量痰臈l件，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜度很高。所以說，一直到目前為止，機(jī)器人系統(tǒng)控制這一控制領(lǐng)域的難點(diǎn)問題仍舊未能圓滿解決，依然缺乏系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法和有效的處

3、理手段。
　　本文主要解決了機(jī)器人系統(tǒng)參數(shù)不確定的軌跡跟蹤的控制問題，并且針對不同的非線性特性設(shè)計(jì)了不同的控制策略，接著通過李雅普諾夫直接法來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)函數(shù)的穩(wěn)定性，通過自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線學(xué)習(xí)方法來對系統(tǒng)中未知的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。在李雅普諾夫直接法的支持下，本文基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，針對未知的機(jī)器人系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了全狀態(tài)反饋和輸出反饋的控制策略，并且通過仿真平臺驗(yàn)證了控制策略的有效性。
　　首先，針對模型未知的機(jī)器人系統(tǒng)，目前還沒

4、有統(tǒng)一并且普遍適用的處理方法?，F(xiàn)在對機(jī)器人系統(tǒng)控制的分析和控制器設(shè)計(jì)，可用的數(shù)學(xué)工具遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，對于機(jī)器人系統(tǒng)來說一般不可求得完整解，這就使得對于未知的機(jī)器人系統(tǒng)的控制研究只能著重在時(shí)域上的定性研究，如進(jìn)行穩(wěn)定性等方面的研究。本文首先針對模型未知的機(jī)器人系統(tǒng)，進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，并且建立和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，隨后提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的控制策略來實(shí)現(xiàn)模型未知的機(jī)器人系統(tǒng)的跟蹤能力。
　　然后，針對帶輸入死區(qū)的機(jī)器人系統(tǒng)，我們從理論上分

5、析了輸入死區(qū)特性對整個機(jī)器人系統(tǒng)所帶來的負(fù)面影響。并且針對死區(qū)特性所帶來的負(fù)面影響，我們設(shè)計(jì)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)控制策略來處理帶輸入死區(qū)的未知的機(jī)器人系統(tǒng)的控制問題。從理論上分析了整個閉環(huán)系統(tǒng)中所有的信號都是一致有界的，并且通過仿真驗(yàn)證了提出了控制策略可以有效的處理輸入死區(qū)所帶來的負(fù)面影響。
　　接著，我們針對輸入飽和的模型未知的機(jī)器人系統(tǒng)，我們分析和輸入飽和特性在整個系統(tǒng)當(dāng)中的影響，接著提出了一種冗余系統(tǒng)來處理輸入飽和所帶

6、來的影響。并且當(dāng)這種冗余系統(tǒng)和機(jī)器人系統(tǒng)耦合的時(shí)候，整個閉環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中所有的信號都是一致有界的。
　　最后針對輸出受限的機(jī)器人系統(tǒng)，我們受限分析和輸出受限所帶來的負(fù)面影響，接著在李雅普諾夫直接法的基礎(chǔ)上，我們提出了障礙李雅普諾夫函數(shù)，來處理輸出受限對機(jī)器人系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，并且通過李雅普諾夫直接法驗(yàn)證了閉環(huán)系統(tǒng)的一致有界性。
　　在本文中，一共針對四類系統(tǒng)進(jìn)行了控制器的設(shè)計(jì)。首先針對無非線性特性的機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了初步的理論研究