一类欠驱动系统控制方法研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YenLoveRicky
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欠驱动系统是一类控制输入数目少于系统广义坐标维数的系统。此类系统在工业生产领域、交通运输领域、航空航天领域和机器人中广泛存在。欠驱动系统在低成本、低能耗、低重量等方面,具有较大的优越性,但是由于其欠驱动的特点,此类系统的控制器设计又具有较大难度。因此欠驱动系统控制方法的研究具有重要的理论意义和实用价值。  本文主要研究了欠驱动系统控制律设计方法、自适应控制和有限时间控制等问题,主要内容包括:  (1)针对一类可以转化为级联形式的欠驱动系统镇定控制问题,提出了一种基于迭代思想的控制律设计方法。该方法通过将欠驱动系统转化为一个非线性子系统和一个线性子系统组成的级联系统形式,然后在此基础上构造系统的多级收敛曲面,通过依次迭代即可得到级联系统的反馈控制律,最后再通过坐标逆变换,将其转换为原系统的控制律,简化了欠驱动系统控制律的设计。  (2)针对一类具有未知参数的欠驱动系统的控制律设计问题,提出了一种基于自适应理论的控制律迭代设计方法。该方法在已有反馈控制律的基础上,利用Lyapunov稳定性理论,证明了参数自适应律的存在性,并给出了基于Lyapunov函数的自适应律构造方法,该方法能够充分结合已有欠驱动系统控制律,一定程度上简化了带有未知参数的欠驱动系统控制律设计过程。  (3)针对一类欠驱动系统有限时间镇定控制问题,提出了一种基于迭代思想的有限时间控制器设计方法和一种基于齐次系统理论的有限时间控制器设计方法,并分析了在所设计控制律作用下系统的稳定性,证明了所设计的有限时间控制律可以在有限时间内将系统各状态镇定至平衡状态,并以欠驱动柔性机械臂系统和非完整链式系统为例进行了验证,通过与经典反馈镇定控制的比较,验证了有限时间控制在收敛时间上的快速性。  (4)通过一个两轮差动机器人系统的实验研究,验证了上述几种控制方法的有效性,并通过对实验结果的分析,总结了上述几种控制方法在实际系统中的不足,提出了一些相应的改进建议和方法,最后对本论文的主要工作和下一步的研究方向进行了总结和展望。
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