欠驅動機械臂控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、非線性欠驅動控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的獨立控制變量個數(shù)小于系統(tǒng)自由度個數(shù)的一類非線性系統(tǒng)。由于欠驅動系統(tǒng)的復雜性、非線性、不穩(wěn)定性、要求多目標控制等原因，導致非線性欠驅動系統(tǒng)控制難度較大，但由于其在減少執(zhí)行元件個數(shù)，減輕重量以及降低造價、操作靈活等方面具有較大優(yōu)勢，因此對欠驅動系統(tǒng)的研究具有重要的理論意義和實用價值。
　　欠驅動機械臂是典型的非線性欠驅動機械系統(tǒng)，是由兩根剛性連桿通過活動關節(jié)連接而成。第一個關節(jié)與一臺直流電機相連，為驅動關

2、節(jié);第二個關節(jié)連接兩個桿臂，為欠驅動關節(jié)。此系統(tǒng)屬于典型的單輸入雙輸出系統(tǒng)，能夠進行經典的欠驅動方向的實驗研究，同時由于其獨特的復雜性，同樣適合進行復雜算法的實驗研究。
　　本文針對欠驅動機械臂控制系統(tǒng)進行研究，以良好的控制性能、系統(tǒng)的安全運行以及易于操作作為系統(tǒng)的目標，設計并開發(fā)了欠驅動機械臂控制系統(tǒng)的專用控制軟件，然后針對傳統(tǒng)平衡控制算法存在的問題，提出了一種基于T-S模糊的LQR平衡控制算法，并采用神經網(wǎng)絡補償擺臂起擺時的摩

3、擦干擾，最后通過實驗驗證了所提出的控制算法的有效性和先進性。本文的主要研究內容如下:
　　1.描述了欠驅動機械臂控制系統(tǒng)的結構、特性和研究功能等，并分析了欠驅動機械臂控制算法的研究現(xiàn)狀，通過拉格朗日動力學方程建立了欠驅動機械臂被控對象的動力學模型，并通過能量法建立了參數(shù)辨識方程。
　　2.完成欠驅動機械臂建模之后，針對傳統(tǒng)控制算法存在的問題，本文設計了基于T-S模糊的LQR控制器和采用了基于神經網(wǎng)絡補償?shù)哪芰糠ㄆ饠[控制器?；?/p>

4、于T-S模糊的平衡控制算法，首先將系統(tǒng)設定的狀態(tài)空間分為若干個模糊子空間，通過線性二次型最優(yōu)理論和線性調節(jié)理論，在每個模糊子空間建立局部控制器，保證系統(tǒng)在每個局部子空間中平衡，并最終收斂于給定平衡點，然后使用隸屬函數(shù)平滑的將各個局部控制器連接起來，得到非線性控制對象的模糊平衡控制器，實現(xiàn)了欠驅動機械臂在任意給定點的平衡控制，解決了傳統(tǒng)平衡算法抗干擾區(qū)間小，魯棒性差等問題。基于神經網(wǎng)絡補償?shù)钠饠[控制算法，是通過神經網(wǎng)絡補償被控對象的未建模

5、動態(tài)，使其達到更好的控制效果。
　　3.編寫欠驅動機械臂專用控制軟件，設計并開發(fā)了欠驅動機械臂控制系統(tǒng)復雜算法模塊、濾波模塊、切換模塊、虛擬對象模塊以及實時信號檢測模塊等，保證了系統(tǒng)的安全運行、便于操作者對控制系統(tǒng)更為直觀準確的監(jiān)控，然后，對所開發(fā)的專用控制軟件進行相關的測試和驗證，證明了其有效性和先進性。最后，在控制軟件的基礎上進行控制算法的實驗驗證，并結合傳統(tǒng)控制算法進行比較，通過性能指標分析比較，證明所提出和采用的控制算法較