多關(guān)節(jié)機(jī)器人魯棒跟蹤控制策略研究.pdf

1、機(jī)器人具有時(shí)變、強(qiáng)耦合、非線性等復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性，還存在各種不確定因素，如未建模動(dòng)態(tài)、參數(shù)測(cè)量誤差、負(fù)載變化、外部擾動(dòng)以及關(guān)節(jié)之間的摩擦等等，從而無(wú)法獲得機(jī)器人精確的動(dòng)力學(xué)模型。這些不確定性因素將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的控制性能和動(dòng)態(tài)品質(zhì)，尤其是對(duì)于高精度、高性能以及高速的機(jī)器人系統(tǒng)，研究具有建模誤差和外部擾動(dòng)等不確定性的系統(tǒng)的控制問(wèn)題尤為重要和迫切。
　　本文主要針對(duì)具有建模誤差和外部擾動(dòng)等不確定性的機(jī)器人魯棒軌跡跟蹤控制進(jìn)行了研究，提出

2、一些有效的控制理論和方法。論文主要研究工作如下:
　　1.介紹了剛性機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型和基本性質(zhì)，并給出了后續(xù)研究所需的數(shù)學(xué)預(yù)備基礎(chǔ)。然后研究剛性機(jī)器人系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制問(wèn)題。為了有效抑制非線性、時(shí)變性以及外部擾動(dòng)等不確定因素對(duì)機(jī)器人軌跡跟蹤控制品質(zhì)的影響，提出了兩種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人魯棒控制策略。首先設(shè)計(jì)了一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人魯棒軌跡跟蹤控制算法，由計(jì)算轉(zhuǎn)矩法用于標(biāo)稱模型的控制，魯棒控制用于消除系統(tǒng)未建模動(dòng)態(tài)以及外部

3、擾動(dòng)等不確定的影響，再利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的萬(wàn)能逼近特性來(lái)學(xué)習(xí)魯棒控制器的未知上界，并給出了機(jī)器人閉環(huán)誤差系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的相關(guān)結(jié)果，最終得到理想的軌跡跟蹤效果;另一種是基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒跟蹤控制策略，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)魯棒控制器用于機(jī)器人系統(tǒng)的不確定性和外界干擾的處理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于學(xué)習(xí)系統(tǒng)不確定性的未知上界，模糊邏輯控制器則用于調(diào)節(jié)魯棒控制器有界層的寬度。仿真結(jié)果表明控制方案具有較好的跟蹤性能和抗干擾性。
　　2.提出了兩種基于自適應(yīng)模糊控制

4、的魯棒跟蹤控制算法。為了控制算法適用的一般性，首先針對(duì)不確定的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，提出了一種自適應(yīng)模糊H∞魯棒跟蹤控制算法。利用間接自適應(yīng)模糊控制構(gòu)造系統(tǒng)未知的非線性函數(shù)，然后附加H∞魯棒控制器消除模糊系統(tǒng)逼近誤差和外部擾動(dòng)的影響，保證系統(tǒng)穩(wěn)定并取得理想的跟蹤效果。其次，提出了一種基于模糊補(bǔ)償?shù)臋C(jī)器人自適應(yīng)模糊滑模魯棒跟蹤控制算法，間接自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)用于逼近未知不確定項(xiàng)，并基于Lyapunov法設(shè)計(jì)參數(shù)的自適應(yīng)律，魯棒控制項(xiàng)則用

5、于增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)模糊系統(tǒng)逼近誤差和外界干擾的魯棒性，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。最后將兩種算法通過(guò)對(duì)二自由度剛性機(jī)械臂的仿真實(shí)驗(yàn)證明控制算法的有效性。
　　3.提出了兩種基于自適應(yīng)魯棒控制的剛性機(jī)器人跟蹤控制算法。第一種自適應(yīng)魯棒控制器，計(jì)算轉(zhuǎn)矩法用于系統(tǒng)標(biāo)稱模型控制，使標(biāo)稱系統(tǒng)漸近跟蹤期望軌跡，再由魯棒控制消除系統(tǒng)不確定的影響，利用自適應(yīng)律來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)魯棒控制器的不確定上界，并給出了機(jī)器人閉環(huán)誤差系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的相關(guān)結(jié)果;另一種是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)魯

6、棒軌跡跟蹤控制算法，針對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的不確定性和外界干擾，設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，而魯棒控制器則用于消除神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的逼近誤差，再由自適應(yīng)律調(diào)節(jié)魯棒控制器的未知參數(shù)值，保證了系統(tǒng)具有良好的魯棒性以及動(dòng)態(tài)性能。
　　4.針對(duì)柔性臂桿機(jī)器人，在實(shí)現(xiàn)精確軌跡跟蹤的同時(shí)還要對(duì)柔性桿的彈性振動(dòng)進(jìn)行抑制，提出了基于奇異攝動(dòng)理論的柔性機(jī)械臂分解控制方法。應(yīng)用奇異攝動(dòng)理論將柔性機(jī)械臂控制系統(tǒng)分解為代表剛體運(yùn)動(dòng)的慢變子系統(tǒng)以及代表柔性振動(dòng)的