基于未建模动态补偿的欠驱动机械臂控制方法与实验研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文基于未建模动态补偿的欠驱动机械臂控制方法与实验研究作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评阅人：赵晨柴天佑教授东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室硕士学科类别：工学控制理论与控制工程2012年6月论文答辩日期：2012年6月答辩委员会主席：唐立新唐延东、丁进良东北大学2012年6月万方数据AThes；s；nc。ntro-The。qandc。ntro-Engtneertn；＼嗍J0眦眦1帆2Ⅷ4础眦0灿1眦5呱ResearchonPendubotSystemBasedonUnmodeledDynam

2、icsCompensationByZhaoChenSupervisor：ProfessorChaiTianyouNortheasternUniversityJune2012万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：艇．I／／日期≥。l_年占月纠日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位

3、论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口学位论文作者签名：签字日期：J-X)I埤乡月≥1日三．如D／，o导师签名：刘。。’。签字日期：≯f)年石肥1日万方数据东北大学硕士学位论文摘要基于未建模动态补偿的欠驱动机械臂控制方法与实验研究摘要欠驱动机械臂Pendubot(pendulumrobot)作为欠驱动机械系统的典型代表，具有执行元件少，重量轻以及成本低廉等显著优点，已经广泛地

4、应用于社会的各行各业中。因此，对于Pendubot系统的控制算法研究有着重要的理论意义和实用价值。由于Pendubot系统具有复杂的非线性和欠驱动特征，而常规线性控制器并没有考虑系统高阶非线性项的影响，从而无法保证平衡控制器具有良好的鲁棒性和动态响应性，因此，对于Pendubot系统平衡控制时不确定性因素的深入研究是十分有必要的。本文依托东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室，针对目前Pendubot系统控制算法研究存在的问题，提出了一种基于未建模动态补偿的PD平衡控制算法，并结合实际Pendubot对象开展了平衡控制研究，取得了良好的控制效果。现将本文的主要研究内容

5、归纳如下：1．通过分析Pendubot系统摆臂的能量关系，应用拉格朗日动力学方程推导了Pendubot系统动力学模型。结合该模型的结构特征，建立了系统平衡控制的控制器设计模型，该控制器设计模型由两个结构相同的并联子系统模型组成，包括子系统低阶线性项和高阶非线性项两部分。2．针对目前Pendubot系统控制算法存在的问题，结合控制器设计模型中存在的高阶非线性项，设计并实现了一种基于未建模动态补偿的PD平衡控制器。并以上平衡位置为例，利用MATLAB／Simulink的仿真环境对于该平衡控制算法进行了仿真研究，从平衡控制区间和抗干扰性能两方面进行了仿真效果分析。3．在Pen

6、dubot系统实验平台上，进行了基于未建模动态补偿的平衡控制实验研究，并将其控制效果与传统的LQR控制器相对比。通过分析起摆一平衡混合实验和抗干扰实验的结果，说明了本文提出的平衡控制算法成功地解决了传统算法中存在的抗干扰能力差，平衡稳定区间小等问题，提高了系统的鲁棒性和收敛速度，从而验证了该算法的有效性和先进性。关键词：欠驱动机械系统；Pendubot；子系统并联模型；PD控制器；未建模动态补偿万方数据东北大学硕士学位论文摘要IV万方数据东北大学硕士学位论文AbstractResearchonPendubotSystemBasedonUnmodeledDynamicsC

7、ompensationAbstractPendubot(pendulumrobot)，asatypicalnonlinearunderactuatedmechanicalsystem，isplayingaleadingroleinmodemindustrial，byreducingthenumberofthecomponents，lighteningtheweightoftheequipmentandloweringthecost．Consequently,thereisahi【ghtheoreticalandpracticalvalue