移动机械臂的模糊滑模控制研究

论文摘要

移动机械臂比固定机械臂具有更大的操作空间和更高的灵活性,其比固定机械臂系统更为复杂。部分移动机械臂是典型的非完整系统,其研究涉及到系统的建模、控制器设计及抗干扰等一系列相关问题,这些问题用经典的控制方法往往达不到理想的效果,采用模糊控制等智能控制方法进行研究是解决这类问题的主要研究方向。论文以机场服务机器人为研究对象,对其涉及的移动机械臂的控制问题进行了研究。首先分析了国内外移动机械臂控制的研究进展和移动机器人的体系结构。而后设计了移动机械臂的硬件系统和软件系统方案。针对轮式移动机械臂这一类典型的非完整系统,进行了建模及优化。最后以模糊控制和滑模控制理论为基础,以非完整移动机械臂为应用对象,设计了轨迹跟踪控制器。滑模控制的优点是滑动模态对系统摄动、不确定性以及干扰的完全自适应性,但同时也带来了抖振。运用模糊切换的方法能解决滑模控制的抖振问题。针对移动机械臂的输出跟踪问题,采用PD+前馈控制结构,结合滑模控制和模糊控制的研究方法,设计了模糊滑模控制器,既保持了常规模糊控制器的优点,又削弱了滑模控制的抖振。仿真结果表明:即使出现外界干扰,系统的跟踪误差仍能在有限时间内收敛到零的充分小邻域,通过引入模糊逻辑系统,抖振也得到有效削弱,并与鲁棒阻尼控制的效果进行了对比分析,验证了所提出的控制方法的有效性和优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 移动机械臂研究的目的和意义
• 1.3 移动机械臂控制研究进展
• 1.3.1 移动机械臂的国内外发展现状
• 1.3.2 移动机械臂的控制研究现状
• 1.4 课题背景及主要研究内容
• 第二章 移动机械臂的结构设计
• 2.1 移动机器人体系结构的构建
• 2.2 移动机械臂的硬件结构设计
• 2.3 移动机械臂的软件结构设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 移动机械臂的建模及优化
• 3.1 非完整系统的模型
• 3.2 移动机械臂的数学模型
• 3.2.1 运动学建模及优化
• 3.2.2 动力学建模及优化
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于模糊滑模的移动机械臂控制研究
• 4.1 模糊控制
• 4.1.1 模糊控制系统的组成
• 4.1.2 模糊控制器的设计
• 4.2 滑模控制
• 4.2.1 滑模控制的数学描述
• 4.2.2 滑模控制的抖振问题
• 4.2.3 滑模控制系统的设计
• 4.3 模糊滑模控制
• 4.4 移动机械臂动态模型的建立
• 4.5 模糊滑模控制器的设计
• 4.6 仿真及实验结果分析
• 4.6.1 无干扰时的仿真及实验结果分析
• 4.6.2 有干扰时的仿真及实验结果分析
• 4.6.3 与鲁棒阻尼控制的仿真实验结果对比
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的论文