一类机器人系统的轨迹跟踪控制设计

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文一类机器人系统的轨迹跟踪控制设计作者姓名：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：张凯赵军教授东北大学信息科学与工程学院硕士学科类别：工学控制理论与控制工程2014年6月论文答辩日期：2014年6月2014年7月答辩委员会主席：叶丹马丹伍彩云东北大学2014年6月万方数据AThesisinControlTheoryandControlEngineeringTrajectoryTrackingControlDesignforaclassofRobotSystemsByZhangKaiSuperv

2、isor：ProfessorZhaoJunNortheasternUniversityJanuary2014万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己在论文中作了明确的说明并表示谢意。广1，Ⅲ学位论文作者签名：张帆日期：冯f争．厂．“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：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交

3、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学位论文作者签名：张凯签字日期：劲f(P．∥、彤导师签名：签字日期：劢馅。∥．巧万方数据东北大学硕士学位论文摘要一类机器人系统的轨迹跟踪控制设计摘要机器人技术已经被广泛应用于工程和国民经济建设等各个领域中，而且该技术逐渐成为当代信息技术、控制技术和系统集成技术发展的核心，因此，研究机器人技术具有十分重要的理论和现实意义。本文研究的是从Quanser公司购进的二自由度机器人系

4、统，根据系统的设定轨迹，控制两个直流电机，进而控制与电机相连的四连杆机构的末端，使其在二维平面上做轨迹跟踪运动。本文的主要工作内容如下：(一)针对二自由度机器人的模型建立了运动学正反解方程，根据直流电机的内部原理建立了输入电压与输出负载角度的传递函数方程。模型的建立为整个控制系统的搭建奠定基础。(二)设计了PID控制器，并用遗传算法对PID三个参数进行了优化；另外，考虑到普通PID控制器的参数是固定的，当系统被控对象的参数变化时，运用该控制器可能不能取得良好的控制效果。因此，设计了非线性PID控制器，并用遗传算法对该控制器的参数进行了优化。(三)考虑到系统耦

5、合性、非线性，以及实际仿真中建立的模型不太精确等情况，设计了模糊控制器；对于普通模糊控制器的隶属度函数和控制规则固定等情况，设计了多个模糊控制器的软切换控制；针对模糊控制不能消除系统稳态误差的缺点，设计了多个模糊和非线性PID的软切换控制器，并用仿真验证了这些设计的有效性。(四)利用上述理论结果，搭建二自由度机器人的硬件实物平台，并将之前设计的控制器应用在实物平台上。通过实验结果可以看出，四连杆末端能够很好的跟踪设定的轨迹，从而验证了所设计的控制器是有效的。最后对论文的工作进行了总结，并对以后的工作做了展望。关键词：二自由度机器人；PID控制器；非线性PID

6、控制器；模糊控制器；软切换；遗传算法．II—万方数据东北大学硕士学位论文摘要．．III．．万方数据东北大学硕士学位论文AbstractTrajectoryTrackingControlDesignforaclassofRobotSystemsAbstractRobottechnologyhasbeenwidelyappliedinengineeringandmanyotherfields．Thedevelopmentsoftherobottechnologybecomeacoreoftheinformationtechnology,controltechno

7、logyandthesystemintegrationtechnology．Therefore，thestudyofrobotcontrolisofgreatsignificancebothintheoreticalresearchandengineeringapplication．Inthisthesis，theresearchobjectisthe2DOFRobot，whichwasmanufacturedbyQuanserCompanyofCanada．Accordingtothedesignedtrajectory,thecontrolleroper

8、atestheendsofthefourbarlin