柔性关节机器人的参数辨识及模糊控制研究

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本论文以柔性关节机器人为研究对象,研究了柔性关节机器人的动力学参数辨识、建模分析及模糊控制等问题。结合柔性关节机器人工作过程中运动状态下的关节面参数动态变化、参数不确定、建模误差、未知干扰扰动影响、控制器的脆弱性和输入时滞问题等实际情况,通过理论推导和实验验证相结合,得出可以解决这些问题的参数辨识和控制方法,为柔性关节机器人的辨识和控制提供了可供借鉴的结论和结果,论文的主要研究工作如下:1提出一种运动状态下的机器人关节面参数辨识方法。将机器人柔性关节等效为弹性扭转轴,结合行波分析方法,建立了机器人运动机构系统的波导方程和运动状态下机器人系统激励预测模型。根据波导方程和激励预测模型等建立机器人系统振动方程,推导出关节动态刚度和阻尼的辨识模型。根据RBF径向基函数神经网络能够以任意精度逼近非线性函数的特点辨识机器人关节的动态刚度和阻尼,以固定的运动轨迹驱动3自由度柔性关节机器人并对其进行辨识实验研究。2提出柔性关节机器人的模糊鲁棒控制方法。分析柔性关节机器人的动力学模型,针对不可避免的参数不确定性情况展开研究,并建立柔性关节机器人的不确定T-S模糊模型。(1)根据平行分布补偿原则(PDC),设计模糊鲁棒控制器,构造柔性关节机器人模糊控制系统。根据Lyapunov函数方法求取柔性关节机器人闭环控制系统的稳定性条件,并根据线性矩阵不等式方法(LMI)给出求解方法。(2)同时考虑输入受限和输出受限情况,并根据Lyapunov函数方法求取受限条件下柔性关节机器人闭环模糊控制系统的稳定性条件并求解对应的线性矩阵不等式(LMI)。通过MATLAB软件进行数值仿真实验,验证柔性关节机器人的模糊鲁棒控制方法的鲁棒性。3提出柔性关节机器人的模糊H-inf控制方法、模糊无源控制方法和模糊耗散控制方法。分析柔性关节机器人的动力学模型,针对参数不确定性,未知干扰情况,并建立柔性关节机器人的T-S模糊模型。(1)根据平行分布补偿原则(PDC),设计模糊控制器,引入H-inf性能指标和无源性抑制参数不确定性,未知干扰对柔性关节机器人控制系统的影响。(2)为了增加控制器设计的灵活性,引入耗散控制抑制未知干扰对柔性关节机器人控制系统的影响。构造柔性关节机器人模糊控制系统。根据Lyapunov函数方法求取柔性关节机器人闭环控制系统的稳定性条件,并求解对应的线性矩阵不等式(LMI)。通过MATLAB软件进行数值仿真实验验证控制方法的鲁棒性,抑制未知干扰对控制系统的影响。4提出柔性关节机器人的模糊非脆弱控制方法和模糊非脆弱耗散控制方法。针对控制器的脆弱性、参数不确定性、未知干扰和建模误差情况。分析柔性关节机器人的动力学模型,并建立柔性关节机器人的T-S模糊模型。(1)根据平行分布补偿原则(PDC),设计模糊非脆弱控制器,控制器的设计中考虑增益的加性摄动和乘性摄动。引入H-inf性能指标抑制参数不确定性、未知干扰和建模误差对柔性关节机器人控制系统的影响。(2)在设计模糊非脆弱控制器的基础上引入耗散控制方法抑制参数不确定性,未知干扰和建模误差对柔性关节机器人控制系统的影响,增加控制器设计的灵活性。构造柔性关节机器人闭环模糊控制系统。根据Lyapunov函数方法求取柔性关节机器人闭环模糊控制系统的稳定性条件,并根据线性矩阵不等式方法(LMI)给出求解方法。通过MATLAB软件数值仿真实验验证控制方法的有效性和鲁棒性。5提出柔性关节机器人的模糊输入时滞耗散控制方法和模糊输入时滞非脆弱耗散控制方法。针对远程工作过程中控制器产生的输入时滞问题、参数不确定性、控制器的脆弱性、建模误差和未知干扰问题等情况展开研究。分析柔性关节机器人的动力学模型,并建立柔性关节机器人的T-S模糊模型。(1)根据平行分布补偿原则(PDC),设计模糊输入时滞耗散控制器,引入耗散性控制方法抑制参数不确定性,未知干扰和建模误差对柔性关节机器人控制系统的影响。(2)在引入耗散性控制方法的基础上设计模糊输入时滞非脆弱耗散控制器,抑制控制器的脆弱性对柔性关节机器人控制系统的影响。构造柔性关节机器人闭环模糊控制系统,根据Lyapunov函数方法求取柔性关节机器人闭环模糊控制系统的稳定性和耗散性条件并求解对应的线性矩阵不等式(LMI)。通过MATLAB软件数值仿真实验验证控制方法的有效性和鲁棒性。
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