一类机器人系统的切换控制设计

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1、万方数据公卷呈／J大’UDC密级学位论文一类机器人系统的切换控制设计作者姓名：周洪超指导教师：赵军教授东北大学信息科学与工程学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：2014年6月论文答辩日期：2014年6月学位授予日期：2014年7月答辩委员会主席：叶丹评阅人：马丹伍彩云东北大学2014年6月万方数据AThesisinControlTheoryandControlEngineeringSwitchingControlDesignforaClassofRobotSystemsByZhouHon

2、gchaoSupervisor：ProfessorZhaoJunNortheasternUniversityJune2014万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=正思O学位论文作者签名：周孩恕日期：弦f甓D占．彤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、使用学位论文的规定：

3、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两年吖学位论文作者签名：周祓超签字日期：加惟D6．26导师签名：签字日期：知J供形．形万方数据东北大学硕士学位论文摘要一类机器人系统的切换控制设计摘要本论文的研究对象是一类二自由度机器人，它是由两个电机控制的二自由度平面倒立摆系统。设计过程中应用了切换的方法，目的是扩大系统的旋臂转角和摆杆转角的初始位置，并最终控

4、制倒立摆的摆杆转角处于竖直位置，本文的主要工作包括如下几个方面：(1)分析了二自由度机器人的系统组成及工作原理，建立了笛卡尔坐标系，应用拉格朗日动力学原理建立了机器人系统的非线性动力学模型，针对建立好的非线性动力学模型，在机器人的不同摆杆转角处进行了线性化处理，得到了系统在不同摆杆转角处的线性化模型。(2)用Backstepping方法设计了控制器，并应用到系统的线性化模型中，使倒立摆的摆杆保持在竖直位置。然后在设计的Backstepping控制器的虚拟控制中加入了积分项，设计了积分型Backstepping控制器，并把设计的控制器

5、应用到系统的线性化模型中，分析了系统在加入积分作用之后的控制效果。(3)把设计的Backstepping控制器的摆杆转角中加入模型误差估计器，来估计外部干扰，设计了自适应Backstepping控制器，接着又把积分项加入到自适应Backstepping控制器中，并在设计的积分型自适应Backstepping控制器中考虑干扰的影响，仿真分析了控制效果。(4)把在不同摆杆转角处设计的Backstepping控制器看成子控制器，用切换的方法将其结合设计了三种切换控制器，并把设计的这三种控制器控制的旋臂转角和摆杆转角进行对比，分析控制效果。

6、接着把设计的自适应Backstepping控制器和积分型自适应Backstepping控制器用前面设计的三种切换方法分别进行切换控制，仿真分析了控制效果。最后是全文的总结以及展望。关键词：二自由度机器人；Backstepping；自适应；切换；控制器设计；稳定性万方数据东北大学硕士学位论文摘要万方数据东北大学硕士学位论文AbstractSwitchingControlDesignforaClassofRobotSystemsAbstractThisthesisstudiesaclassofrobotsystemsoftwo—degr

7、eeoffreedom．Suchasystemconsistsofatwo-degreeoffreedominvertedpendulumcontrolledbytwomotors．Theswitchingmethodisusedinthedesignprocess．Thepurposeofthedesignistoexpandtheinitialrotaryaimangularandtheinitialpendulumangular．Thecontrolgoalistokeepthependuluminaverticalposit

8、ion．Thethesismainlyincludesthefollowingseveralaspects．Firstofall，thesystemcompositionandworkingprincipleofthetwo-degr