谐波驱动系统非线性控制

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1、目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1谐波驱动系统发展概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2谐波驱动系统的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21．2．1谐波驱动系统的非线性传动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．2．2谐波驱动系统的模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．2．3谐波驱动系统的控制研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．3本文研究的主要内容和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5第二章预备理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．1LyapuIlov稳定性理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．1．1Lyapunov直接方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．1．2Lasalle不变性原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．2状态反馈控制与输出反馈控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．112．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11第三章谐波驱动系统的状态反馈控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．133．1谐波驱动系统的动态模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133

3、．2谐波驱动系统的非线性(I岬．D)位置控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。143．2．1控制器设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一143．2．2稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。153．2．3仿真结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．163．3谐波驱动系统的非线性(NP．D+)轨迹跟踪控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯183．3．1控制器设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯183．3．2稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。183．3．3仿真结果与分析⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．183．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20第四章谐波驱动系统的输出反馈控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。214．1谐波驱动系统的线性输出反馈(OPD)位置控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯214．1．1控制器设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．214．1．2稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。224．2谐波驱动系统的非线性输出反馈(ONP．D)位置控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯234．2．1控制器设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

5、⋯⋯⋯⋯一234．2．2稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．23⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。24⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．25⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．26⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．29⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一29⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。30⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。32⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。33⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一33⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。33⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一34⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。36⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一36⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。36⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．36⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．38⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．38⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。38⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．39

6、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．40⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。40⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．41⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。41⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。43⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。45⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。47⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一49⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5l⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。55第一章绪论第一章绪论1．1谐波驱动系统发展概况谐波驱动系统于20世纪50年代中期由美国的Musser教授提出【卜21，是一种特殊的柔性齿轮传动系统。现今广泛使用的谐波驱动系统发展自1987年的新成果，与最初的系统结构有较大的区别【3。7】。该系统的典型结构如下图所示，主要由波发生器、柔性齿轮和环形齿条这三部分组成

7、【8】。其中，波发生器是一个被柔性滚珠球轴承所环绕的具有一定离心率的椭圆形状的铁芯；柔性齿轮由合金钢做成，是一个内部中空的薄壁罩杯，其开口端的外沿被加工成轮齿，而闭口端则与输出轴相连接；环形齿条是一个有一定刚度的内齿轮，它的齿数多于柔性齿轮。‘《．)晨开维构‘-'装配结构图1．1典型的谐波驱动系统上图同时给出了谐波驱动系统的装配结构，在该结构中，波发生器安装于柔性齿轮罩杯的开口端，椭圆形的铁芯置于闭口端。因此，当系统运行时，环形齿条与柔性齿轮间的啮合传动所绕轴心将在一个与椭圆铁芯有相同离心率的椭圆轨道上运行。通常情况下，波发生器作为输入端，柔性齿轮是输出

8、端，而环形齿条则是被固定的。这种特殊的构造使谐波驱动系统拥有了许多优良的特性。它