【摘 要】
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近年来,气动肌肉(也称为人工气动肌肉)的控制已成为一个非常具有挑战性的研究领域。如何处理诸如负载变化造成的气动肌肉的非线性和时变性,是其控制研究中亟待解决的普遍性问题。
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近年来,气动肌肉(也称为人工气动肌肉)的控制已成为一个非常具有挑战性的研究领域。如何处理诸如负载变化造成的气动肌肉的非线性和时变性,是其控制研究中亟待解决的普遍性问题。本文针对一个牵引负载的气动肌肉模型,基于几种不同的非线性控制理论研究了气动肌肉的非线性控制问题。研究目的在于,设计出能够跟踪给定轨迹的气动肌肉鲁棒控制器,使得在干扰存在的情况下仍能保证满意的跟踪性能。为处理气动肌肉模型中存在的不确定性和强非线性性,本文一共提出并验证了三种控制方法。 首先,设计了一个非线性干扰观测器用于估计气动肌肉控制模型中存在的干扰。基于干扰观测器,进一步研究了气动肌肉的跟踪控制问题。提出了结合干扰观测器的稳定化气动肌肉非线性控制策略,并基于李雅普诺夫方法证明了所提控制律的稳定性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性、正确性和引入干扰观测器后得到改善的鲁棒性能。 第二,研究了能够处理不确定气动肌肉模型的无源性鲁棒控制器。为了进一步提高系统的鲁棒性能,结合非线性干扰观测器技术提出了气动肌肉的带干扰观测器的无源性鲁棒控制器(PBCCNDO)。使用非线性干扰观测器可以有效地估计出诸如摩擦等外在因素造成的系统干扰。在所提方法的框架下,气动肌肉的无源性鲁棒控制问题可分解为设计干扰观测器与设计无源性控制器这两个子问题分别进行处理,每个子问题都具有各自的设计目标。基于李雅普诺夫理论,证明了带干扰观测器无源性鲁棒控制器的气动肌肉闭环系统的稳定性。同样,分别通过仿真和实验验证了该理论方法的有效性。 最后,结合自适应跟踪控制和无源性控制理论,提出了气动肌肉的无源自适应控制方法并成功实现应用。在有外部干扰的影响下,研究了气动肌肉在该控制器作用下的精确跟踪控制问题。仿真和实验结果表明,应用所提的无源自适应控制方法可以得到给定精度要求的气动肌肉跟踪控制性能。
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