不确定性机器人系统高精度轨迹跟踪

论文摘要

本论文以具有不确定性完整动力学模型的机器人系统为研究对象,重点探讨了基于非线性PID（PD）、自适应控制和鲁棒补偿的各种控制策略,理论证明了各种控制策略的系统稳定性（甚至是半全局渐近稳定性）;数值仿真验证了所提出的控制策略的有效性。本论文首先介绍了机器人的发展简史和机器人控制方法,然后对机器人的模型和有关数学知识进行了阐述,紧接着探讨了非线性PID滑模变结构控制;然后探讨了基于非线性PD+前馈结构不确定机器人的补偿控制方案,基本思想都是通过引入前馈项以减小机器人系统的集中不确定性,通过引入非线性PD项将机器人系统的集中不确定性上界约束函数简化;然后用鲁棒补偿控制技术对机器人系统的集中不确定性进行补偿;最后提出了不完全依赖模型的滑模分散控制和鲁棒非线性PD跟踪控制策略,严格证明了系统的半全局渐近稳定性。最后一章得出了本文的结论与预期的研究展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 机器人的定义
• 1.2 机器人发展概述
• 1.3 机器人系统构成及控制方法
• 1.4 机器人鲁棒控制方法概述
• 1.4.1 鲁棒控制方法
• 1.4.2 反馈线性化控制方法
• 1.4.3 变结构控制方法
• 1.4.4 鲁棒自适应控制方法
• 1.5 本课题研究的意义
• 1.6 本论文的结构安排
• 第二章 预备知识
• 2.1 数学知识
• 2.2 控制理论基本概念
• 2.3 仿真知识
• 2.4 机器人的数学模型
• 2.5 仿真模型的建立
• 2.6 本章小结
• 第三章 不确定机器人的非线性PID 变结构控制
• 3.1 引言
• 3.2 变结构控制基本理论
• 3.2.1 变结构控制的定义
• 3.2.2 变结构控制的品质
• 3.3 不确定机器人的非线性PID 变结构控制器设计
• 3.4 数值仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于非线性PD+前馈结构的鲁棒自适应控制
• 4.1 引言
• 4.2 机器人鲁棒自适应控制理论
• 4.2.1 机器人的自适应控制理论
• 4.2.2 机器人的鲁棒控制理论
• 4.2.3 机器人的鲁棒自适应控制理论
• 4.3 非线性PD+前馈鲁棒自适应控制器的设计
• 4.3.1 非线性PD+前馈鲁棒控制器的设计
• 4.3.2 非线性PD+前馈鲁棒自适应控制器的设计
• 4.4 数值仿真
• 4.4.1 非线性PD+前馈鲁棒控制器的仿真
• 4.4.2 非线性PD+前馈鲁棒自适应控制器的仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 不完全依赖模型的控制策略
• 5.1 机器人滑模分散控制
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 机器人滑模分散控制器设计
• 5.1.3 数值仿真
• 5.2 不确定性机器人鲁棒非线性PD 跟踪控制
• 5.2.1 引言
• 5.2.2 不确定性机器人鲁棒非线性PD 跟踪控制的设计
• 5.2.3 数值仿真
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文