欠驱动机械臂分层滑模模糊控制研究

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1、哈尔滨‘T程大学硕士学位论文摘要欠驱动系统是一类控制输入数目少于系统广义坐标变量(或自由度)数目的非线性系统。它是由驱动关节和非驱动关节组成的，由驱动关节通过动力学耦合关系带动非驱动关节完成所需的动作。由于非驱动关节的存在，系统属于非完全可控系统，一般的光滑反馈控制方法对这样的系统是无效的，其运动控制比一般的机器人要困难得多。本文主要针对欠驱动系统这些控制上的困难，将模糊控制和滑模控制相结合，研究了分层滑模模糊的控制方法。本文主要以欠驱动水平两关节机械臂为研究对象，采用拉格朗日力学方法建立了系统的动力学模型。同时采用分层滑模控制的思想

2、，将系统分成代表驱动关节和非驱动关节的两个子系统，设计系统总的滑模函数。为了消除系统的抖动，引入边界层的概念，在边界层内，用基于滑模理论的模糊控制器代替滑模控制器。并采用模糊推理根据系统的状态实时地调节各子系统在系统控制中的作用和各子系统滑模面的斜率，以提高系统的动态性能。进行仿真研究，与分层滑模控制方法进行比较，仿真结果证明了分层滑模模糊的控制方法改善了欠驱动水平两关节机械臂系统的动态性能，同时减弱了滑模控制的抖动。关键字：欠驱动；滑模控制；模糊控制；机械臂；；堕垒堡三堡奎兰璧圭兰堡丝奎。；；；；；；；ABSTRACTUnderac

3、tuatedsystemisanonlinearsystemthatthenumberofthecontrolinpLltsarefewerthanthenumberofsystemgeneralizedcoordinatevariable(orfreedomdegree)．Theunderactuatedsystemincludesactuatedjointsandtmderaetuatedjoints(ornamedaspassivejoints／free-joints)，andthedesiredmotionisachieved

4、thatunderactuatedjointsaredrivedbyactuatedjointsthroughthedynamicscouplingrelationamongthem．Duetotheunderactuatedjoints，theunderactuatedsystemisanincompletecontrollablesystem，SOgeneralsmoothfeedbackcontrolisinvalidforsuchsystem．Themotioncontrolofanunderactuatedsystemism

5、uchmoredifficultthanthatofaconventionalsystem．Aimattheproblemsofthecontrolofunderactuatedsystemabove，amethodofhierarchicalslidingmodefuzzycontrol(HSMFC)isstudiedinthispaperthroughthecombinationoffuzzycontrolandsliding-modecontr01．Inthispaper,theundractlmctedplanartwo-li

6、nkmanipulatoristhestudyobjectanddynamicsmodelofthesystemissetupusingthemethodofLagrangedynamics．Appliedtheideaofhierarchicalsliding—modecontrol(HSMC)，thewholesystemisdividedintotwosubsystemswhichrepresenttheactuatedjointandunder-actuatedjointrespectively．Atthesametime，t

7、hewholesliding—modefunctionisdesigned．Forreducingthechatteringofthesliding—modecontrolsystem，boundarylayerisintroduced．Intheboundarylayer,fuzzycontrollerbasedonsliding—modetheory(SMFC)replacesthesliding-modecontroller．Andbacausetheslopeofslidingsurfaceandtheinfluenerela

8、tionofthetwosubsystemsplayallimportantroleingovemingtheinteractivetransientresponses，systemparametersareadjust