不確定性機(jī)器人軌跡跟蹤魯棒控制方法研究.pdf

1、機(jī)器人不僅是一個十分復(fù)雜的時變、強(qiáng)耦合、高度非線性系統(tǒng)，而且實際上還存在諸多不確定因素，諸如測量誤差、摩擦、負(fù)載變化、隨機(jī)擾動及未建模動態(tài)等，因此無法得到完整的、精確的機(jī)器人系統(tǒng)模型。在機(jī)器人軌跡跟蹤過程中，也存在系統(tǒng)元件故障引起機(jī)器人結(jié)構(gòu)變化及運動軌跡逆解求取的實時性等問題。對于高速、高精度、高性能機(jī)器人系統(tǒng)而言，這些不確定因素嚴(yán)重影響其控制品質(zhì)，為此研究不確定機(jī)器人的控制問題具有重要的理論意義和實用價值。 本文主要對參數(shù)和結(jié)

2、構(gòu)不確定機(jī)器人的軌跡跟蹤控制進(jìn)行了深入研究，提出了一些有效的控制策略，主要研究工作概括如下： (1)針對機(jī)器人逆運動學(xué)解的存在性以及收斂的快速性問題，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的并行計算、記憶、聯(lián)想、自適應(yīng)學(xué)習(xí)等優(yōu)點，提出采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求機(jī)器人逆運動學(xué)解的方案，通過構(gòu)造的三個模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，保證了機(jī)器人逆運動學(xué)解的存在，提高了收斂速度。 (2)為了有效抑制非線性、時變性以及負(fù)載變化等不確定性因素對機(jī)器人軌跡跟蹤控制品質(zhì)

3、的影響，提出了兩種魯棒自適應(yīng)控制策略：一種是通過一系列變換將機(jī)器人系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為級聯(lián)系統(tǒng)，從無源性理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)無源性與漸近穩(wěn)定性的關(guān)系推導(dǎo)并設(shè)計了確保系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的魯棒自適應(yīng)控制器；另一種是通過在控制律中增加一個廣義誤差立方項，改進(jìn)了對不依賴于機(jī)器人動力學(xué)模型的魯棒自適應(yīng)分散控制策略，克服了基于模型控制方法的弱點，使跟蹤誤差快速趨近于零。 (3)針對機(jī)器人系統(tǒng)中普遍存在的參數(shù)不確定性和外界干擾，基于H∞控制理論，通過選擇適當(dāng)?shù)?/p>

4、干擾衰減度來抑制干擾對系統(tǒng)性能的影響，提高了系統(tǒng)的魯棒性，避免了非線性H∞控制理論中Hamilton-Jacobi不等式的求解問題，簡化了控制器的求解過程。 (4)將變結(jié)構(gòu)理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射相結(jié)合，提出了一種魯棒自適應(yīng)神經(jīng)滑?？刂撇呗?，克服了常規(guī)滑?？刂茖ο到y(tǒng)不確定性界的要求，保證了系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。對只有位置反饋的不確定機(jī)器人系統(tǒng)，設(shè)計了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和H∞方法的速度觀測器，有效重構(gòu)了速度信號，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑

5、制了外擾的影響。 (5)針對驅(qū)動器發(fā)生故障的不確定機(jī)器人提出了一種復(fù)合容錯控制方案，當(dāng)驅(qū)動器發(fā)生故障時鎖定故障關(guān)節(jié)，對鎖定后的結(jié)構(gòu)不確定機(jī)器人系統(tǒng)，設(shè)計了基于無源性的魯棒自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制策略。同時考慮到直接鎖定故障關(guān)節(jié)可能會降低機(jī)器人的工作空間，利用驅(qū)動關(guān)節(jié)與故障關(guān)節(jié)之間的動力學(xué)耦合作用設(shè)計了變結(jié)構(gòu)控制器，使故障關(guān)節(jié)運動到某一實際需要角度后再將其鎖定。設(shè)計的控制策略在驅(qū)動器發(fā)生故障時，不僅能夠繼續(xù)完成預(yù)定工作任務(wù)而且還保證了跟