基于控制受限的机器人系统鲁棒控制研究

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1、摘要输入饱和是实际系统中普遍存在的现象，机器人系统的控制器由于受到执行器物理条件的限制同样具有饱和特性。然而，迄今为止绝大多数控制器的理论设计却是建立在关节驱动器能产生任意大力矩的基础上的。因而在实际应用中，由于受到饱和特性的制约，就会使得实际闭环系统达不到所要求的性能指标，有时候甚至会导致控制失败。因此，在进行系统控制器设计时，就有必要考虑到控制受限的情况，进行基于控制受限的系统控制理论与设计方法的研究。为此目的，本论文针对控制受限的机器人系统，进行了鲁棒自适应控制理论与设计方法的研究，主要做了如下的工作：(1)考虑到控制受限，基

2、于双曲正切函数构造了一种新的复合函数，以此来设计实际控制系统的有界控制器。所构造的复合函数与以往的标准饱和函数不同，除了具有幅值有界的特点外还具有导数连续的特性：故而，它的引入为有界控制器的设计提供了新的数学手段。(2)基于控制受限的自适应控制器设计。在控制受限的条件下，研究了存在未知参数和外界干扰时机器人系统的定点控制问题。在李雅普诺夫稳定性理论的框架下，利用上述的复合函数和一个积分运算设计了自适应控制器，满足了闭环系统的控制要求。(3)基于控制受限的鲁棒控制器设计。鉴于自适应控制只是用于具有参数不确定性的场合，进一步研究了鲁棒控

3、制进行未建模动力学的补偿问题。同样是基于上述基本设计思想，利用所提出的复合函数给出了一种鲁棒控制器，保证了闭环系统的鲁棒稳定性，同时也有效地抑制了外界干扰。关键词机器人系统；控制受限；自适应控制；干扰抑制；鲁棒控制燕山大学工学硕士学位论文AbstractInputsaturationwidelyexistsinpracticalsystems，thereisalsothisphenomenonintheactuatorsoftherobotsystemowingtothephysicallimit．However，SOfar，mos

4、tcontrollershavebeendesignedbasedonarbitrarylargetorqueoftheactuatorSOthatinthepracticalapplication,goodperformancesoftheresultingclosed-loopsystemCallnotbeguaranteedandevensometimesitresultsincontrolfailure．Therefore，thecontrollershouldbedesignedonthebaseofconsidering

5、thecontrolinputsaturationandbasedonthecontrolconstraintthedesigntechniqueandmethodaleproposed．Tothisend，someresearchisaddressedforrobustandadaptivecontrolofrobotsystemswithcontrolconstraintsinthispaper．ThefollowingmainresuRsaregiven．First，undertheconsiderationofthecont

6、r01constraint，anewkindofcompositefunctionisdevelopedbasedonhyperbolictangentfunctioninordertodesigningtheboundedcontrollerforthepracticalcontrolsystem．Theproposedfunctionisdifferentfromthestandardsaturationfunction,whichhasagoodcharacterofderivativecontinuitybesidesfin

7、itevalues．Therefore，itisausefulmathematicaltoolforthecompositefunctiontodesigntheboundedcontroller．Second，adaptivecontrolproblemisresearched．Takenthecontrolconstraintsintoconsideration，theset-pointproblemisaddressedforrobotsystemwith1Lrlknownparametersandexternaldistur

8、bance．BasedonLyapunovstabilitytheory，anadaptivecontrollawisgivenbycombiningthecompositefunctionandanintegralalgorithm