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文檔簡介
1、非線性欠驅(qū)動控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的獨立控制變量個數(shù)小于系統(tǒng)自由度個數(shù)的一類非線性系統(tǒng)。由于欠驅(qū)動系統(tǒng)的復雜性、非線性、不穩(wěn)定性、要求多目標控制等原因,導致非線性欠驅(qū)動系統(tǒng)控制難度較大,但由于其在減少執(zhí)行元件個數(shù),減輕重量以及降低造價、操作靈活等方面具有較大優(yōu)勢,因此對欠驅(qū)動系統(tǒng)的研究具有重要的理論意義和實用價值。
欠驅(qū)動機械臂是典型的非線性欠驅(qū)動機械系統(tǒng),是由兩根剛性連桿通過活動關節(jié)連接而成。第一個關節(jié)與一臺直流電機相連,為驅(qū)動關
2、節(jié);第二個關節(jié)連接兩個桿臂,為欠驅(qū)動關節(jié)。此系統(tǒng)屬于典型的單輸入雙輸出系統(tǒng),能夠進行經(jīng)典的欠驅(qū)動方向的實驗研究,同時由于其獨特的復雜性,同樣適合進行復雜算法的實驗研究。
本文針對欠驅(qū)動機械臂控制系統(tǒng)進行研究,以良好的控制性能、系統(tǒng)的安全運行以及易于操作作為系統(tǒng)的目標,設計并開發(fā)了欠驅(qū)動機械臂控制系統(tǒng)的專用控制軟件,然后針對傳統(tǒng)平衡控制算法存在的問題,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)絡補償擺臂起擺時的摩
3、擦干擾,最后通過實驗驗證了所提出的控制算法的有效性和先進性。本文的主要研究內(nèi)容如下:
1.描述了欠驅(qū)動機械臂控制系統(tǒng)的結構、特性和研究功能等,并分析了欠驅(qū)動機械臂控制算法的研究現(xiàn)狀,通過拉格朗日動力學方程建立了欠驅(qū)動機械臂被控對象的動力學模型,并通過能量法建立了參數(shù)辨識方程。
2.完成欠驅(qū)動機械臂建模之后,針對傳統(tǒng)控制算法存在的問題,本文設計了基于T-S模糊的LQR控制器和采用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡補償?shù)哪芰糠ㄆ饠[控制器?;?/p>
4、于T-S模糊的平衡控制算法,首先將系統(tǒng)設定的狀態(tài)空間分為若干個模糊子空間,通過線性二次型最優(yōu)理論和線性調(diào)節(jié)理論,在每個模糊子空間建立局部控制器,保證系統(tǒng)在每個局部子空間中平衡,并最終收斂于給定平衡點,然后使用隸屬函數(shù)平滑的將各個局部控制器連接起來,得到非線性控制對象的模糊平衡控制器,實現(xiàn)了欠驅(qū)動機械臂在任意給定點的平衡控制,解決了傳統(tǒng)平衡算法抗干擾區(qū)間小,魯棒性差等問題?;谏窠?jīng)網(wǎng)絡補償?shù)钠饠[控制算法,是通過神經(jīng)網(wǎng)絡補償被控對象的未建模
5、動態(tài),使其達到更好的控制效果。
3.編寫欠驅(qū)動機械臂專用控制軟件,設計并開發(fā)了欠驅(qū)動機械臂控制系統(tǒng)復雜算法模塊、濾波模塊、切換模塊、虛擬對象模塊以及實時信號檢測模塊等,保證了系統(tǒng)的安全運行、便于操作者對控制系統(tǒng)更為直觀準確的監(jiān)控,然后,對所開發(fā)的專用控制軟件進行相關的測試和驗證,證明了其有效性和先進性。最后,在控制軟件的基礎上進行控制算法的實驗驗證,并結合傳統(tǒng)控制算法進行比較,通過性能指標分析比較,證明所提出和采用的控制算法較
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