多机械臂系统的一致性协同控制研究

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随着科学技术的不断发展,当今社会涌现出各种日新月异的高新技术,新一轮科技革命势必会使工业界更加依赖自动化和信息化手段,来提高生产效率和经济效益。多智能体协同控制技术的蓬勃兴起顺应了时代发展潮流,很多相关研究被广泛应用于实际生产生活中。多智能体系统的一致性问题作为协同控制的一个核心问题一直备受关注。在实际应用中,Euler-Lagrange系统等非线性系统占绝大多数,而机械臂系统作为一种典型的Euler-Lagrange系统,目前被广泛应用于工业界,极大地解放了劳动力。因此对于多机械臂系统的协同控制研究具有重要的现实意义。本文主要讨论多机械臂系统的分布式一致性问题,分别针对静态位置一致、非静态速度一致和非静态的位置一致等问题提出了相应的控制协议。本文的主要研究内容如下:(1)针对在无向通信拓扑下,无领导者且模型相互独立的多机械臂系统静态位置一致性问题,设计两种不同的控制协议。首先利用相邻机械臂的位置和速度信息以及机械臂自身的速度信息作为控制输入,设计了一种位置一致性控制协议。然后只利用相邻机械臂的位置信息和机械臂自身的速度信息作为控制输入,设计相应的位置一致性控制协议。两种控制协议均使各机械臂达到位置一致且速度趋于零的状态。通过应用Matrosov定理等理论方法来证明控制协议的合理性。最后针对多个平面双关节转动机械臂所组成的系统分别进行仿真实验,验证两种控制协议的可行性。(2)针对无领导者并且速度通信拓扑为无向图的多机械臂系统,对其非静态速度一致性问题进行相关讨论。首先考虑机械臂间的相对位置反馈为零时,只依靠相邻机械臂的速度信息作为控制输入,设计相应的速度一致性控制协议。然后考虑系统存在未知扰动时,扰动会影响系统的整体性能和稳定性,针对此情况设计了一种抗干扰的速度一致性控制协议使系统达到稳定一致状态。利用La Salle不变集原理等稳定性理论证明多机械臂系统的稳定性。最后利用规格不同的多个机械臂设计仿真实验,分别验证两种控制协议的可行性。(3)介绍了多机械臂系统的非静态位置一致性问题。针对无向通信拓扑下无领导者的多机械臂系统,提出最终达到位置一致且速度均趋于常值的状态一致性控制协议。运用图论和Lyapunov稳定性等相关理论,证明系统可以达到稳定性和状态一致性。最后通过应用于平面双关节机械臂系统的数值仿真,检验所提出的控制协议的有效性。
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