發(fā)布時(shí)間：2018-01-03 18:03

  本文關(guān)鍵詞：基于模糊力矩的機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法研究　出處：《大連理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 機(jī)械臂 模糊控制 模糊力矩控制 變結(jié)構(gòu)控制 軌跡跟蹤

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活、軍事以及太空探索等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。機(jī)械臂作為應(yīng)用最為廣泛的一類機(jī)器人,其多輸入多輸出的控制系統(tǒng)具有耦合性、非線性以及時(shí)變性等特點(diǎn)。機(jī)械臂的軌跡跟蹤控制作為機(jī)械臂的研究重點(diǎn),要求機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的實(shí)際軌跡跟蹤給定的期望軌跡。在機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型已知的前提下,現(xiàn)有的控制算法可以解決機(jī)械臂的軌跡跟蹤控制問(wèn)題；但是在實(shí)際情況下,由于機(jī)械臂關(guān)節(jié)存在有耦合、摩擦等非線性因素以及負(fù)載變化等外部擾動(dòng)的影響,機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型往往不能精確得到。因此,研究更具有適應(yīng)性的機(jī)械臂控制方法是有價(jià)值的。本文以帶有不確定項(xiàng)的機(jī)械臂控制系統(tǒng)為研究對(duì)象,針對(duì)機(jī)械臂的軌跡跟蹤控制算法進(jìn)行研究。首先,本文運(yùn)用D-H方法對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,在此基礎(chǔ)上,利用拉格朗日函數(shù)建立三自由度機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型,并且對(duì)其進(jìn)行必要的化簡(jiǎn)進(jìn)而提出本文的機(jī)械臂模型。其次,實(shí)現(xiàn)了基于PD方法的定點(diǎn)控制和基于計(jì)算力矩法的時(shí)變軌跡跟蹤控制,從仿真結(jié)果可以看出計(jì)算力矩法的軌跡跟蹤控制精度不高。針對(duì)這種情況,本文提出在計(jì)算力矩法的基礎(chǔ)上加入模糊控制,綜合模糊控制與計(jì)算力矩方法的優(yōu)點(diǎn),使模糊力矩方法對(duì)機(jī)械臂軌跡跟蹤誤差降低的同時(shí),增加了計(jì)算力矩法內(nèi)控制回路的自適應(yīng)性。最后,針對(duì)機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型不確定部分的控制,在模糊力矩控制的基礎(chǔ)上提出了兩種基于變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償?shù)哪：乜刂品椒?即基于變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償?shù)哪：乜刂坪突谀：兘Y(jié)構(gòu)補(bǔ)償?shù)哪：乜刂啤C(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型分為標(biāo)稱部分與不確定部分,采用“分而治之”的思想,對(duì)于機(jī)械臂的標(biāo)稱部分采用模糊力矩控制,對(duì)于機(jī)械臂的不確定部分采用集中補(bǔ)償控制的方法,設(shè)計(jì)不確定部分的包絡(luò)函數(shù),采用變結(jié)構(gòu)控制進(jìn)行補(bǔ)償,兩部分控制器的綜合輸出作為被控對(duì)象的控制輸入。從仿真結(jié)果可以看出帶有補(bǔ)償?shù)目刂扑惴ǹ刂凭雀?位置軌跡誤差小,各關(guān)節(jié)能夠快速跟蹤期望軌跡,從而驗(yàn)證了控制器的有效性。利用基于模糊變結(jié)構(gòu)補(bǔ)償?shù)哪：乜刂品椒軌蚴沟脵C(jī)械臂達(dá)到漸進(jìn)穩(wěn)定,位置跟蹤誤差小,還可以減小變結(jié)構(gòu)控制的抖振。
[Abstract]:With the rapid development of science and technology, robot technology is widely used in the fields of industrial production, daily life, military affairs and space exploration. The multi-input and multi-output control system has the characteristics of coupling, nonlinear and time-varying, etc. The trajectory tracking control of the manipulator is the focus of the research of the manipulator. The actual trajectory of each joint of the manipulator is required to track a given desired trajectory. With the dynamic model of the manipulator known, the existing control algorithms can solve the trajectory tracking control problem of the manipulator. However, in practice, because of the coupling of the manipulator joints, friction and other nonlinear factors, as well as external disturbances such as load changes, the dynamic model of the manipulator is often unable to be accurately obtained. It is valuable to study more adaptive manipulator control methods. In this paper, the trajectory tracking control algorithm of manipulator with uncertainty is studied. In this paper, the kinematics of the manipulator is analyzed by using D-H method. On this basis, the dynamic model of the three-degree-of-freedom manipulator is established by using the Lagrange function. And the necessary simplification of the robot arm model is put forward. Secondly, the fixed-point control based on PD method and time-varying trajectory tracking control based on calculating torque method are realized. It can be seen from the simulation results that the precision of trajectory tracking control by calculating torque method is not high. In view of this situation, fuzzy control is put forward on the basis of calculating torque method. Combining the advantages of fuzzy control and torque calculation method, the fuzzy torque method can reduce the tracking error of the manipulator and increase the self-adaptability of the internal control loop of the calculation torque method. Based on fuzzy torque control, two fuzzy torque control methods based on variable structure compensation are proposed for the uncertain part of manipulator dynamics model. That is, fuzzy torque control based on variable structure compensation and fuzzy torque control based on fuzzy variable structure compensation. The dynamic model of manipulator is divided into nominal part and uncertain part, and the idea of "divide and conquer" is adopted. The fuzzy torque control is used for the nominal part of the manipulator and the centralized compensation control method is used for the uncertain part of the manipulator. The envelope function of the uncertain part is designed and the variable structure control is used to compensate. The integrated output of the two-part controller is used as the control input of the controlled object. From the simulation results, it can be seen that the control algorithm with compensation has high control accuracy, small position trajectory error, and each joint can track the desired trajectory quickly. The fuzzy torque control method based on fuzzy variable structure compensation can make the manipulator achieve asymptotic stability, and the position tracking error is small, and the chattering of variable structure control can be reduced.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241

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