具有執(zhí)行器非線性和狀態(tài)約束的機(jī)器人自適應(yīng)控制.pdf

1、隨著信息、機(jī)械、材料等多學(xué)科的交叉發(fā)展，機(jī)器人在輔助甚至替代人類進(jìn)行協(xié)調(diào)工作方面嶄露出良好的應(yīng)用潛質(zhì)和強(qiáng)勁的市場需求。因此，機(jī)器人技術(shù)的研究不僅具有明顯的應(yīng)用前景，而且具有重要的理論價(jià)值。本文將機(jī)器人操作過程描述為多自由度運(yùn)動/力混合非線性系統(tǒng)，重點(diǎn)圍繞如何處理執(zhí)行器非線性和狀態(tài)約束等不確定性因素展開研究，旨在提高機(jī)器人控制性能。
　　本文結(jié)構(gòu)安排如下。第一章闡述相關(guān)研究背景及研究意義。第二章概述機(jī)器人系統(tǒng)建模和控制在內(nèi)的背景知識

2、。第三章至第七章共計(jì)五個(gè)章節(jié)，是本文的主要內(nèi)容，包括三方面:1）、第三章至第四章主要研究具有執(zhí)行器非線性的機(jī)器人自適應(yīng)模糊協(xié)調(diào)控制;2）、第五章研究基于Nussbaum函數(shù)方法的廣義執(zhí)行器非線性機(jī)器人自適應(yīng)控制;3）、第六章至第七章主要研究具有狀態(tài)約束的機(jī)器人自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制。
　　具體來說，上述五章依次對應(yīng)如下內(nèi)容:
　　一、研究了在執(zhí)行器間隙非線性情況下機(jī)器人抓取物體的協(xié)調(diào)控制問題，提出了一種補(bǔ)償執(zhí)行器間隙的運(yùn)動/

3、力分散模糊控制方案。首先，基于間隙非線性逆補(bǔ)償思想，構(gòu)造了一種執(zhí)行器間隙逆模型自適應(yīng)控制方法。然后，通過建立分散魯棒自適應(yīng)模糊協(xié)調(diào)控制方法，保證了物體運(yùn)動和內(nèi)力分別收斂于期望值。最后，將所提方法在雙臂機(jī)器人系統(tǒng)上進(jìn)行仿真計(jì)算并與已有方法進(jìn)行比較，結(jié)果證實(shí)了所提方法的有效性。
　　二、研究了多機(jī)械臂在執(zhí)行器磁滯非線性和運(yùn)動受限情況下的協(xié)調(diào)控制問題，提出了一種基于Barrier李雅普諾夫函數(shù)方法的機(jī)器人自適應(yīng)模糊控制方案。首先，在多機(jī)

4、械臂的執(zhí)行器動力學(xué)方程中建立了磁滯模型，進(jìn)而引入了自適應(yīng)控制技術(shù)補(bǔ)償并減少來自未知磁滯非線性的影響。緊接著，將不同工作環(huán)境下運(yùn)動要求考慮進(jìn)控制器設(shè)計(jì)，有效地限制了被操作物體的運(yùn)動范圍。并且，基于李雅普諾夫穩(wěn)定性定理，保證了所提方法在多機(jī)械臂協(xié)調(diào)過程中運(yùn)動和力控制性能。最后，多組比較結(jié)果說明了所提方法的有效性。
　　三、研究了具有廣義未知執(zhí)行器非線性的機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動控制方法，建立了新型的Nussbaum函數(shù)分析工具，解決了未知時(shí)變非

5、線性控制系數(shù)的穩(wěn)定性分析問題。相比較于已有的Nussbaum函數(shù)方法，所提的方法不僅將多個(gè)未知控制系數(shù)從常數(shù)擴(kuò)展為時(shí)變量，而且去除了多個(gè)控制系數(shù)上下界已知的假設(shè)條件。將自適應(yīng)魯棒控制與Nussbaum函數(shù)方法相結(jié)合，保證了機(jī)器人系統(tǒng)狀態(tài)在廣義執(zhí)行器非線性情況下漸近收斂到期望軌跡。進(jìn)一步地，為減少因使用傳統(tǒng)Nussbaum函數(shù)引起的控制抖動，提出了一種基于飽和Nussbaum函數(shù)的控制方法。所提Nussbaum函數(shù)是基于時(shí)間擴(kuò)展思想構(gòu)造，

6、減少了傳統(tǒng)幅值擴(kuò)展Nussbaum函數(shù)帶來的值域不確定問題。并且，通過與自適應(yīng)控制方法相結(jié)合，建立了一種處理多個(gè)未知時(shí)變控制系數(shù)的控制方法，促成了針對多輸入多輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，保證了機(jī)器人系統(tǒng)在未知執(zhí)行器動態(tài)情況下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動狀態(tài)漸近跟蹤期望軌跡的控制目標(biāo)。
　　四、研究了雙機(jī)械臂協(xié)調(diào)控制過程中由輸出機(jī)構(gòu)導(dǎo)致的狀態(tài)磁滯約束問題，提出了一種自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人運(yùn)動/力協(xié)調(diào)控制。所提方法完成了輸出磁滯約束特性分析，并應(yīng)用

7、Nussbaum函數(shù)方法解決了由反推控制設(shè)計(jì)方法帶來的時(shí)變系數(shù)分析困難。同時(shí)，結(jié)合自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重矩陣的上界估計(jì)，減少了待更新自適應(yīng)律數(shù)量，降低了完成實(shí)時(shí)控制所需的計(jì)算負(fù)荷。最后，將所提控制方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行性能比較與評估，其結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了所提方法的有效性、優(yōu)越性和魯棒性。
　　五、研究了具有未知輸出死區(qū)約束和物體不確定性的多機(jī)械臂協(xié)調(diào)控制問題，提出了一種多機(jī)械臂運(yùn)動/力自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制方法。給出