输电线除冰机器人的轨迹跟踪控制方法研究

论文摘要

输电线路上的覆冰会引起线路跳闸、断线、倒杆、绝缘子闪络和通信中断等事故,会给国家经济造成巨大损失。人工除冰不仅效率低下,而且会威胁电力工人的生命安全。因此研究开发输电线除冰机器人代替传统的人工除冰具有迫切的现实意义和重要的研究价值。精确稳定的轨迹跟踪是保证除冰机器人在电力线上自主完成行走、越障和除冰工作的前提条件,本文将针对除冰机器人工作任务的特殊性和工作环境的复杂性,对除冰机器人的轨迹跟踪控制方法进行研究,得到相应的解决方案。在介绍了所设计的除冰机器人及其运动控制系统的结构,对机器人的轨迹跟踪问题进行了分析的基础上,论文首先对除冰机器人进行了建模,由于除冰机器人结构和工作环境的特殊性,机器人手臂和输电线之间,以及机器人手臂和本体仓之间都存在着非线性强耦合作用。因而除冰机器人的建模问题被分为除冰机器人运动学问题的分析和动力学问题的分析,以及除冰机器人混合模型的分析等问题进行研究。得到了除冰机器人的速度和加速度计算方程,方便了除冰机器人的轨迹跟踪控制。在对除冰机器人建立了精确的建模之后,论文研究了多种除冰机器人的轨迹跟踪控制方法,即PID轨迹跟踪控制、自适应轨迹跟踪控制、基于BP神经网络的PID轨迹跟踪控制、基于BP神经网络的自适应轨迹跟踪控制、基于粒子群优化神经网络的PID轨迹跟踪控制和基于粒子群优化神经网络的自适应轨迹跟踪控制等方法。最后通过仿真实验对所建立的除冰机器人混合模型和各类轨迹跟踪控制方法的有效性进行了分析和验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 机器人轨迹跟踪控制
• 1.2.2 除冰机器人轨迹跟踪控制
• 1.3 论文的主要研究内容及结构安排
• 第2章 输电线除冰机器人简介
• 2.1 输电线除冰机器人简介
• 2.2 输电线除冰机器人运动控制系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 输电线除冰机器人建模
• 3.1 输电线路除冰机器人运动学问题
• 3.1.1 机器人运动方程的数学表示
• 3.1.2 操作手的运动学问题
• 3.1.3 除冰机器人运动学问题
• 3.2 输电线除冰机器人动力学模型
• 3.2.1 机械手的动力学问题
• 3.2.2 输电线除冰机器人动力学模型
• 3.3 除冰机器人运动学和动力学混合模型
• 3.4 除冰机器人速度和加速度方程
• 3.5 本章小结
• 第4章 输电线除冰机器人轨迹跟踪控制方法
• 4.1 输电线除冰机器人PID控制
• 4.1.1 PID轨迹跟踪控制基本原理
• 4.1.2 输电线除冰机器人PID控制方法
• 4.1.3 输电线路除冰机器人PID轨迹跟踪控制仿真
• 4.1.4 输电线除冰机器人基于BP神经网络的PID控制方法
• 4.1.5 输电线除冰机器人基于BP神经网络的PID控制仿真
• 4.2 输电线除冰机器人自适应轨迹跟踪控制
• 4.2.1 自适应轨迹跟踪控制基本原理
• 4.2.2 输电线除冰机器人自适应轨迹跟踪控制方法
• 4.2.3 输电线路除冰机器人自适应轨迹跟踪控制仿真
• 4.2.4 基于BP神经网络的除冰机器人自适应轨迹跟踪控制
• 4.2.5 基于BP神经网络的自适应控制仿真
• 4.3 基于粒子群优化神经网络的除冰机器人轨迹跟踪控制
• 4.3.1 粒子群算法的基本原理
• 4.3.2 粒子群优化神经网络的除冰机器人PID轨迹跟踪控制方法
• 4.3.3 粒子群优化神经网络自适应轨迹跟踪控制方法
• 4.3.4 粒子群优化神经网络的PID轨迹跟踪控制和自适应控制仿真
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 全文总结
• 今后的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录