学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Acrobot系统动态伺服控制研究

作　者: 程红太
导　师: 张晓华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 欠驱动 Acrobot 动态伺服控制 Lyapunov稳定性理论 UKF
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 19次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


伴随着太空,航海等应用中一系列问题的出现,欠驱动系统成为控制理论的研究热点之一。欠驱动系统是一种特殊的非线性系统,它的特点是驱动数目少于系统自由度数目,适合于对质量和能源敏感的领域,因此对欠驱动系统控制问题的研究具有重要意义。本文以Acrobot这一基准欠驱动机械系统为对象,研究了它的动态伺服控制问题。它使得系统可以用部分的执行器来近似完成全驱动任务,这可以增加系统的可靠性和灵活性,对这类问题的研究有助于扩展欠驱动系统的应用领域。本文首先采用拉格朗日方程建立了Acrobot的动力学模型,并在Simulink中搭建了系统的仿真模型,基于“必要条件法”从定性和定量的角度对模型进行了验证。给出了动态伺服的数学定义,并根据动态伺服的控制目标,通过与单摆运动规律的比较,找到了一个特殊的周期轨道,将动态伺服控制问题转化成为对系统机械能和摆杆摆角的镇定问题。然后,基于Lyapunov稳定性理论及部分反馈线性化方法,本文给出了三种控制方案来实现单一输入控制双输出,分别为单闭环方案、积分型双环方案和近似微分型双环方案。数字仿真实验结果证明了所提控制算法的有效性。接着,本文研制了一套Acrobot实物装置,共包括三个部分:机械本体,电气平台和控制软件。针对系统的理论结构,设计了同步带传动的实现方式,将电机置于两杆根部,稳定可靠;电气平台中设计了两套并行控制装置:PLC和嵌入式系统,本文采用PC+嵌入式系统方案,两者之间通过RS232接口通信。嵌入式系统实现电机驱动控制功能,PC实现人机交互和运动控制功能。最后,通过UKF(Unscented Kalman Filter)算法来进行实物参数辨识,经过验证,所得到的参数比较精确。接着编制程序实现所提出的控制算法,进行了一系列实物实验,实验结果表明,在实物系统中,所提出的控制算法同样有效,并且具有一定的鲁棒性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题研究的背景及意义  9-11
  1.2 国内外研究现状及分析  11-16
    1.2.1 欠驱动系统研究现状  11-14
    1.2.2 Acrobot控制研究现状  14-16
  1.3 论文的主要内容  16-18
第2章 Acrobot系统动力学建模  18-27
  2.1 动力学建模方法简介  18-19
  2.2 数学模型推导  19-23
    2.2.1 广义力计算  19-20
    2.2.2 系统动能计算  20-21
    2.2.3 动力学方程推导  21-23
  2.3 仿真模型搭建  23
  2.4 模型验证  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 Acrobot系统动态伺服控制研究  27-55
  3.1 动态伺服控制问题描述  27-31
    3.1.1 可达性的实现方式  27-29
    3.1.2 动态伺服的定义  29-30
    3.1.3 基于能量的动态伺服控制  30-31
  3.2 基于能量的单闭环控制方案  31-37
    3.2.1 单环控制方案设计  31-33
    3.2.2 单环控制方案分析  33-37
  3.3 基于能量的双闭环控制方案  37-44
    3.3.1 双环控制方案设计  38-43
    3.3.2 控制方案比较  43-44
  3.4 仿真实验  44-52
    3.4.1 单环控制方案仿真分析  45-47
    3.4.2 积分形式双环控制方案仿真分析  47-49
    3.4.3 近似微分形式双环控制方案仿真分析  49-51
    3.4.4 动态伺服问题仿真分析  51-52
  3.5 本章小结  52-55
第4章 Acrobot系统实物平台设计  55-69
  4.1 实物平台硬件结构  56-60
    4.1.1 机械本体结构  56-58
    4.1.2 电气平台结构  58-60
  4.2 实物平台软件结构  60-67
    4.2.1 运动控制卡程序  61-64
    4.2.2 上位机程序  64-67
  4.3 本章小结  67-69
第5章 Acrobot系统参数辨识及实物实验  69-83
  5.1 基于UKF的实物模型辨识  69-78
    5.1.1 UKF算法简介  69-73
    5.1.2 参数辨识建模  73-74
    5.1.3 实物系统参数辨识  74-78
  5.2 实物系统实验研究  78-82
    5.2.1 动态伺服控制实验  78-80
    5.2.2 控制器鲁棒性实验  80-82
  5.3 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-90
攻读硕士学位期间发表的学术论文  90-92
致谢  92

相似论文

  1. 行星际间飞行的自主导航方法研究,V448.224
  2. 一类欠驱动Lagrangian系统的最优同步控制,TP13
  3. 捷联成像导引头视线角速率估计方法研究,TJ765
  4. 多传感器网络数据融合技术的研究,TN929.5;TP202
  5. 基于切向运动测距定位技术研究,TN95
  6. 再入弹道目标跟踪与质阻比识别方法研究,TJ761.3
  7. 欠驱动垂直起降无人飞行器的非线性控制研究,V279
  8. 卫星导航数据优化处理技术研究,TN967.1
  9. 非线性滤波算法研究及其在卫星高精度定轨中的应用,TN713
  10. 自动化弹库接口技术及碰撞动力特性研究,TJ391
  11. 卫星姿态确定的非线性滤波方法研究,V448.2
  12. 多自由度欠驱动仿生机械手机构与造型设计,TP241
  13. 变掌式欠驱动机械手的研究与设计,TP241
  14. 一种基于UKF的地球卫星自主导航算法研究,TP301.6
  15. MIMO-OFDM系统中信道估计和载波频偏估计技术的研究,TN913.6
  16. 平面闭链欠驱动机构中的混沌及控制研究,TH112
  17. 两杆欠驱动抓握桁架移动机器人设计与研究,TP242.6
  18. 欠驱动水面无人艇的航迹跟踪控制研究,U664.82
  19. 欠驱动水面艇运动控制建模及三维仿真实现研究,U661.7
  20. 跳跃机器人轨迹规划及控制仿真研究,TP242
  21. 交会对接仿真平台中基于iGPS与CCD的组合导航,TN967.2

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
© 2012 www.xueweilunwen.com