基于H∞控制理论的气动机械手夹持力控制系统的研究

论文摘要

气动机械手具有结构简单、无污染、工作可靠、传动速度快、维护方便等一系列显著的优点,被广泛应用于工业自动化生产。气动机械手的夹持力控制,是气动机械手高精度控制的一个重要方面。气动机械手在进行抓取、装配等诸多操作时,对夹持力的控制精度都有较高要求。因此,对气动机械手夹持力控制系统进行研究具有重要意义。本文在查阅国内外文献的基础上,总结了气动技术、气动伺服技术及机械手控制策略的发展概况。本文以一种旋转开合式气动手指作为研究对象,介绍了气动机械手夹持力控制系统的结构组成及其工作原理。本文在合理化假设和近似线性化处理的基础上,建立了气动机械手夹持力控制系统的数学模型。运用MATLAB软件对气动机械手夹持力控制系统的开环传递函数的频域特性进行了分析研究。本文介绍了H∞控制的基本概念和理论以及基于H∞控制理论的混合灵敏度鲁棒控制器的设计方法,提出了将其应用于气动机械手夹持力控制系统的构思,并给出了其加权函数的选取原则和LMI求解方法。本文对气动机械手夹持力控制系统的不确定性及其对系统的影响进行了分析。针对气动机械手夹持力控制系统设计求解了H∞混合灵敏度控制器。通过对加入和未加入H∞混合灵敏度控制器的气动机械手夹持力控制系统的仿真结果分析对比中可以看出H∞混合灵敏度控制器使系统具有较好的鲁棒性,提高了系统的响应速度和稳定性,得到了较好的控制效果。最后对气动机械手夹持力控制系统研究进行了总结,并提出在以后时间里研究的重点和方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 气动技术概述
• 1.2 气动伺服技术
• 1.2.1 气动伺服技术的发展历程
• 1.2.2 气动伺服技术的现状与趋势
• 1.3 机械手控制策略
• 1.4 课题的研究意义
• 1.5 论文的主要内容
• 第二章 气动机械手夹持力控制系统
• 2.1 机械手夹持力控制的方法
• 2.1.1 力/位置混合控制
• 2.1.2 触力控制
• 2.2 气动手指
• 2.2.1 气动手指的选择
• 2.2.2 气动手指的结构和参数
• 2.2.3 气动手指的工作原理
• 2.2.4 气动手指的静力学分析
• 2.3 触觉传感器的选用
• 2.3.1 触力传感器
• 2.4 气动机械手夹持力控制系统工作原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 气动机械手夹持力控制系统的数学模型
• 3.1 比例压力阀
• 3.1.1 比例压力阀的结构及工作原理
• 3.1.2 比例压力阀的静态特性
• 3.2 气动机械手夹持力控制系统的数学模型
• 3.2.1 比例压力阀数学建模
• 3.2.2 气动机械手夹持力数学模型
• 3.2.3 气动机械手夹持力控制系统相关参数确定
• 3.3 系统的频域特性分析
• 3.4 本章小结
• ∞鲁棒控制理论'>第四章 H_∞鲁棒控制理论
• ∞相关概念和理论'>4.1 H_∞相关概念和理论
• 4.1.1 系统的不确定性和鲁棒性
• ∞的相关概念'>4.1.2 H_∞的相关概念
• ∞标准控制'>4.2 H_∞标准控制
• ∞控制理论的混合灵敏度设计方法'>4.3 基于H_∞控制理论的混合灵敏度设计方法
• 4.3.1 灵敏度和补灵敏度
• 4.3.2 混合灵敏度问题
• 4.3.3 加权函数的选取
• ∞控制的LMI求解方法'>4.3.4 H_∞控制的LMI求解方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 气动机械手夹持力控制系统的仿真分析
• 5.1 系统的不确定分析研究
• 5.1.1 参数不确定性分析
• 5.1.2 非结构不确定性分析
• ∞控制器的设计'>5.2 H_∞控制器的设计
• ∞性能指标'>5.2.1 系统的H_∞性能指标
• 5.2.2 控制器的设计
• ∞控制器的系统性能仿真研究'>5.3 基于H_∞控制器的系统性能仿真研究
• 5.3.1 系统的开环频率特性
• 5.3.2 系统闭环频率特性
• 5.3.3 系统的响应性能分析
• 5.3.4 对系统不确定性的仿真研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 论文总结
• 6.2 不足和后续工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表学术论文