【摘 要】
：
随着人们对美好生活需求的不断提升,机器人代替人已经成为一种趋势。而关节机器人是当今各领域应用最多的机器人之一,其发展前景也将越来越好。由此,工业机器人的精确控制问题显得尤其重要。而控制系统的快速性和精确性往往互相矛盾,为同时实现工业机器人控制的精确性和快速性,本文以平面三关节机器人为例,提出机器人动力学控制的一种信号和能量平滑切换控制算法。（1）论文基于机器人本体的动力学模型改进了新型快速滑模信号
论文部分内容阅读
随着人们对美好生活需求的不断提升,机器人代替人已经成为一种趋势。而关节机器人是当今各领域应用最多的机器人之一,其发展前景也将越来越好。由此,工业机器人的精确控制问题显得尤其重要。而控制系统的快速性和精确性往往互相矛盾,为同时实现工业机器人控制的精确性和快速性,本文以平面三关节机器人为例,提出机器人动力学控制的一种信号和能量平滑切换控制算法。（1）论文基于机器人本体的动力学模型改进了新型快速滑模信号控制器。研究了一种切换趋近律,提高了滑模的响应速度。基于不同的指数趋近律在系统远离滑模面和靠近滑模面时的速度的不同,采用高斯函数设计了平滑切换趋近律,使得系统在各种状态下都具有快速的动态响应。为消除滑模控制固有的抖振问题,设计了哈密顿能量控制器,该控制器具有良好的稳态性能,能够与滑模控制形成互补效果。设计基于误差的反正切平滑切换函数,使信号和能量两种控制器根据误差的大小自动平滑切换。达到了使系统同时具有较快的上升时间和较小的跟踪误差的目的。MATLAB/Simulink仿真结果表明平滑切换控制器可以使系统具有和滑模控制相近的快速性以及与哈密顿控制相近的稳态性能。（2）针对目前大多关于机器人的控制研究都没有考虑执行机构的情况,论文采用永磁同步电机作为关节机器人的执行机构,将机器人本体的控制力矩理解为电机负载转矩。在此基础上,把机器人的动力学模型、电机的运动学模型和电机的电气模型结合起来,推导了永磁同步电机驱动机器人系统的整体模型。基于该整体模型,推导了反馈线性化控制,又将机器人系统和电机系统的哈密顿模型级联从而推导出整个系统的哈密顿模型。利用反正切平滑切换函数,实现了整个系统的反馈线性化控制和哈密顿控制的电压单环平滑切换控制。在MATLAB/Simulink仿真平台上验证了算法的优越性,结果表明考虑执行机构的情况下,平滑切换控制策略依然具有良好的控制效果。（3）针对现实工业领域一般采用现有的驱动器,其电流环的闭源性。论文设计了反馈线性化和哈密顿的转矩平滑切换控制。将位置环的控制力矩利用电流转换变为电流环的输入电流,基于*0di=原理设计电流环滑模控制。在MATLAB/Simulink仿真平台和机器人实验平台上验证了该算法,结果表明当驱动器封闭时,该算法依然使系统具有良好的动态响应和较小的跟踪误差。综上,基于永磁同步电机驱动的机器人系统,论文给出以上三种不同的控制方案,并分别设计了信号和能量的平滑切换控制。三种不同方案的仿真实验效果皆证明了平滑切换控制可以使系统在具有快速动态响应的同时具备良好的稳态性能。且该三种控制方案及其解决办法为工业机器人领域任何工况下的机器人控制提供了解决思路,具有深远意义。
其他文献
随着现代工业智能化的发展,在工业生产和社会环境中广泛存在的非线性互联大系统得到了许多学者的关注。显然,与一般的非线性系统相比,对这类更加复杂的非线性互联大系统开展研究不仅充满挑战,而且具有较高的应用价值。另外,在实际的动态系统中,输入时滞和输入饱和是两种常见的现象。由于输入时滞和饱和的存在,系统的稳定性和性能都会不可避免地受到影响。本文在已有研究的基础上,基于自适应神经网络方法和Backstepp
在工业自动化高速发展的背景下,机械臂分拣技术逐步被运用于工业作业中。本文针对单机械臂分拣系统在分拣任务中存在的效率低等问题,提出并设计了双机械臂智能分拣系统。研究内容如下:首先对组成双机械臂分拣系统的两个机械臂通过D-H参数法进行了运动学分析,推导出了反解过程,然后对双机械臂系统建立了模型,之后针对双机械臂的标定问题,提出采用三点建立纽带坐标系的方法来完成标定任务。在连续分拣过程中,为了避免双机械
网络控制系统（Networked control systems,NCSs）是控制系统在网络和通信技术发展中不断升级的产物,因其自身优越性,在无人机、智能电网和远程医疗等领域发挥重要作用,但一直存在系统资源受限问题。事件触发机制（Event-triggered Mechanisms,ETMs）的出现有效的缓解了这一问题,系统实现了按需输出,提高网络服务质量的同时避免了带宽的浪费,因此ETMs和控制
视觉同时定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）技术是采用视觉传感器进行位姿估计和环境地图构建,常被应用于移动机器人、虚拟现实及自动驾驶等领域。而视觉传感器中的深度（RGB-D）相机由于其测量误差最小,能够较好地满足视觉SLAM的精确性要求,因此基于深度相机的视觉SLAM逐渐成为了研究热点。为解决室内环境下基于深度相机的视觉SLAM技术
近些年,随着控制科学与工程的快速发展,多智能体系统的一致性控制在多无人艇、多无人船、多无人飞行器、多传感器网络等系统的应用日趋广泛,已经成为现代控制理论中的热点研究之一。本文研究多智能体系统在控制方向未知情形下的一致性跟踪控制问题,运用自适应反步策略结合有限时间命令滤波技术,同时考虑外部环境干扰和系统中存在的未知非线性动态,进行有限时间一致性跟踪控制器的设计,研究内容主要总结为以下三个部分。1.针
网络控制系统是控制理论研究的重要组成部分,它在通讯,经济,航天等领域具有广泛的应用前景。然而,在网络控制系统的信息传递中可能会发生数据包丢失的现象,这会导致系统的性能下降甚至不稳定。因此,本文基于概率论、最优滤波以及优化控制等基础知识和理论,主要针对两类具有数据包丢失的网络控制系统进行研究,分析了相应的估计和输出反馈控制问题,这有利于提高系统的性能。本文主要研究内容及成果如下:1.首先,介绍了网络
永磁同步电动机（PMSMs）具有体积小、功率密度高、简单可靠等特点,在各个领域得到了广泛应用。但同时PMSMs也是一个多变量、强耦合和易受外部负载扰动影响的被控对象,因此如何克服上述问题从而更好地控制PMSMs具有重要意义。在实际运行过程中,PMSMs会不可避免产生大量铁损,从而使PMSMs温度升高甚至产生永久退磁现象。因此对PMSMs进行控制时,铁损带来的影响不容忽视。本文针对考虑铁损的PMSM
随着电子集成行业和光伏新能源行业的蓬勃发展,SiC半导体材料在这些行业中应用越来越广泛。SiC半导体材料与其他材料相比坚硬且易碎,在加工过程中,SiC切片其表面及易产生裂纹或缺陷,不易加工,通常情况下SiC晶片的加工,是通过金刚石线切割而成的。因此,多线切割系统中各轴的同步控制对SiC半导体材料的切割控制精度以及控制效率影响巨大。提高系统同步性能以及降低张力波动成为提高切割质量的关键因素。本文以此
手机各部分是由螺丝连接而成,而机器锁附螺丝已然成为主流趋势,螺丝锁附过程中,螺丝锁附的结果检测是至关重要的一步。本文以手机螺丝的自动化锁附系统为对象,研究螺丝锁附特征选择的决策树算法和螺丝锁附特征分类的加权核K均值算法、最小二乘支持向量机（Least Squares Support Vector Machine,LS-SVM）算法等。主要工作包括以下五个方面:1.针对螺丝锁附结果检测系统,提出利用
异步电动机以其成本低、易于维护、运行可靠等优点,长期以来被广泛应用在各个工业领域,如化工和纺织工业、电动汽车行业等。然而,在工业实际应用中,异步电动机的运行过程中会受到随机扰动的干扰,随机扰动的存在会使系统的控制性能降低,因此在对其实施控制时,将随机扰动的影响考虑在内将更贴合实际应用的场景。同时,在传统的控制方法设计中,控制器设计依赖于异步电动机系统的某些状态变量可以直接测量,如转子位置和转子角速