主动悬架移动机械臂的动力学及其控制策略研究

来源 :湖南工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:youngpansy
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移动机械臂机器人是一种由移动平台和机械臂组成的工作平台。该类机器人具有较好的空间机动性和运动灵活性,被广泛的应用于管道清洁、自主装配等工业生产与国防军工领域,具有宽广的应用前景。因此对移动机械臂这类机器人进行工作稳态的研究具有很强的现实意义。目前对于移动机械臂机器人方面的研究,国内外都取得了很多有意义的进展,开发了相关控制策略,但是针对采用可控悬架的移动机械人开展平稳性研究的还是较少,在本文研究的移动机械臂机器人中,拟在移动平台部分引入主动悬架代替传统的硬轴悬架,拟通过主动悬架和机械臂部分构成完整约束,来减少由于机械臂部分运动引起的扰动,提高移动平台工作的平稳性与可控性。本文主要从滑模控制和模糊控制角度出发,以带主动悬架的移动机械臂动力学模型为研究对象,应用Lyapunov法验证稳定性,提出了两种高性能的轨迹跟踪控制器,并通过与常数增益的滑模控制器仿真实验的对比,验证了新控制器的可靠性。主要内容如下:首先,针对所述的带主动悬架的移动机械臂机器人进行动力学建模,将主动悬架控制力考虑到移动特性中构成完整约束动力学方程,并以此模型为控制器设计的依据。然后针对该模型的耦合与不确定特性采用滑模控制理论进行控制器设计,首先设计了一种基于模型不确定信息上界估计的滑模-模糊控制策略,通过自适应分段设计滑模增益达到快速收敛和减少抖动的效果。其中模糊策略被用于分段滑模增益设计中对不确定性信息上界的估计,并通过Lyapunov方程验证了理论稳定性,这种控制策略的收敛和减少抖动效果都非常好,但是比较依赖对模型精确数据的了解,考虑到实际工程中模型精确参数获得成本较大的问题,进一步考虑设计一种针对模型不确定信息缺失情况下的高效滑膜控制器。针对上界不确定信息缺失问题,设计出一种不需要模型不确定项上界信息的滑模-模糊控制策略,该控制策略具有减小抖动和快速收敛的特点。通过分段设计滑模增益导函数,并引用模糊策略根据滑模变量函数及其导函数的状态调整增益大小,这种控制策略可以使滑膜变量在远离滑膜面时以较高的速度收敛至滑膜平面,而到达滑膜平面附近时,利用模糊策略根据滑膜变量当前状态和其导数状态进行自适应调整增益导函数,使滑动变量接近滑膜面时总是平滑的,从而减少抖动现象。并通过Lyapunov方程验证了理论稳定性。
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