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二连杆欠驱动机器人建模及其智能控制研究

论文摘要

二连杆欠驱动机器人(Pendubot)是一种典型的欠驱动系统,它在非线性控制和机器人领域具有重要的研究价值。由于该对象具有本质的非线性,对其控制问题的研究具有重要意义。不基于模型的模糊控制是一种有效的方法。本文介绍了Pendubot的国内外研究现状,利用拉格朗日方程对Pendubot进行了动力学建模,设计了仿真模型,并从系统运动行为和能量行为两方面验证了模型的正确性。为了便于控制,将Pendubot的运动空间划分为摇起区和平衡区。在摇起区,采用了基于能量泵入的摇起控制策略,设计了两个李雅普诺夫函数保证了在摇起过程中能量不断增加,同时调整了摇起过程接近完成时第二杆的位姿,在此基础上设计了基于能量泵入的模糊控制器,并通过仿真验证了摇起控制的可行性。在平衡区,采用高木杉野模糊模型(TS模糊模型)设计了基于单一前提变量的平衡控制器,对TS模型中的结论参数进行了辨识,该控制器是由四个单输入单输出的TS模糊控制器构成,从而简化了模糊控制器的设计,接着对该控制器的鲁棒性进行了了验证。通过仿真试验我们得出该控制器与传统控制理论相比具有吸引域较大,鲁棒性强的优点。为了使Pendubot能够顺利进入平衡区,本文优化了摇起控制,设计了切换控制器,对Pendubot摇起平衡控制进行了全过程仿真,验证了控制策略的可行性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景及研究的目的和意义
  • 1.2 二连杆欠驱动机器人控制的研究现状
  • 1.2.1 国外研究现状及分析
  • 1.2.2 国内研究现状及分析
  • 1.3 模糊控制的发展与应用
  • 1.4 本文研究的主要内容
  • 第2章 二连杆欠驱动机器人的动力学建模
  • 2.1 基于拉格朗日分析力学的动力学建模
  • 2.1.1 分析力学与拉格朗日方程
  • 2.1.2 二连杆欠驱动机器人动力学模型的建立
  • 2.2 二连杆欠驱动机器人的动力学模型验证
  • 2.2.1 二连杆欠驱动机器人仿真模型的建立
  • 2.2.2 基于系统运动行为的模型验证
  • 2.2.3 基于系统能量行为的模型验证
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 基于能量泵入的模糊起摆控制
  • 3.1 模糊控制方法
  • 3.2 摇起控制器设计
  • 3.2.1 基于能量泵入的摇起控制策略
  • 3.2.2 模糊控制器设计
  • 3.3 摇起控制仿真结果
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 基于TS模糊模型的平衡控制
  • 4.1 TS模糊模型
  • 4.2 基于TS模型的模糊控制器的设计
  • 4.2.1 TS模型参数辨识
  • 4.2.2 基于单一前提变量的TS推理的模糊控制器设计
  • 4.3 平衡控制的仿真分析
  • 4.4 平衡控制器的鲁棒性分析
  • 4.4.1 不同初始条件下控制器的鲁棒性验证
  • 4.4.2 不同参数条件下控制器的鲁棒性验证
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 切换控制设计及总体仿真
  • 5.1 切换控制器的意义
  • 5.2 摇起控制的性能优化
  • 5.3 切换控制器的设计
  • 5.4 上摆平衡控制联合仿真
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢

    • 相关论文文献

    本文来源: https://www.lw50.cn/article/f4fe31c00aec5c5e23601e12.html