欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的控制策略研究.pdf

1、欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)是指系統(tǒng)的獨(dú)立控制變量個(gè)數(shù)小于系統(tǒng)自由度個(gè)數(shù)的一類非線性系統(tǒng)。其特點(diǎn)是輸入空間(即控制空間)維數(shù)小于構(gòu)造空間維數(shù)。同時(shí)，欠驅(qū)動(dòng)部分的約束方程又是不可積的，具有二階非完整約束特性，它在減少執(zhí)行元件個(gè)數(shù)，減輕系統(tǒng)重量以及降低成本方面具有很大的優(yōu)勢，因此對它的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。同時(shí)由于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高度非線性、參數(shù)攝動(dòng)、多目標(biāo)控制要求等原因，使得欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制具有較大的難度。 本論文以欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)為控制

2、對象，研究非完整欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的控制策略，所完成的工作概括主要包括以下幾個(gè)方面: 首先，根據(jù)掌握的大量欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的文獻(xiàn)，對其在運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制策略等方面的主要研究成果、進(jìn)展以及尚未解決的問題進(jìn)行了闡述。系統(tǒng)地回顧了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，分析了欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制所存在的諸多問題，并提出了本文的研究目標(biāo)。 第二，基于拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程建立了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。以橋式吊車、吊車.雙擺系統(tǒng)、欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人(Pen

3、dubot)三個(gè)典型的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)為例，建立了系統(tǒng)模型，并分析了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)所具有的結(jié)構(gòu)特性，將欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)部分線性化為仿射非線性系統(tǒng)，分析了約束對于系統(tǒng)可控性的影響，得出了系統(tǒng)近似線性可控的條件，給出了欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一種狀態(tài)方程形式的標(biāo)準(zhǔn)模型。 第三，針對一類欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型，提出了基于能量的控制策略，給出了該控制策略的設(shè)計(jì)步驟，并應(yīng)用李雅普諾夫理論進(jìn)行了斂散性分析，給出了系統(tǒng)的總能量達(dá)到其期望能量的條件。保證能量

4、收斂的情況下，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。 第四，針對吊車.雙擺系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型，提出了增量式滑模控制策略。該控制策略的特點(diǎn)在于滑模系數(shù)的選擇，依據(jù)李雅普諾夫定理來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性分析，并對各層滑模面的穩(wěn)定性進(jìn)行了理論證明。針對滑?？刂扑嬖诘亩墩駟栴}，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的控制策略，有效地消除了抖振。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。 最后，本文分別對涉及到的幾種控制策略進(jìn)行了分析，論述了不同控制策略的優(yōu)勢和不足