基于故障观测器的可重构机械臂主动容错控制方法研究

《基于故障观测器的可重构机械臂主动容错控制方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TP273单位代码：10183研究生学号：2013524058密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）基于故障观测器的可重构机械臂主动容错控制方法研究ResearchonFaultObserverBasedActiveFaultTolerantControlMethodforReconfigurableManipulator作者姓名：张甲子类别：工程硕士领域（方向）：控制工程指导教师：李元春教授培养单位：通信工程学院2016年6月基于故障观测器的可重构机械臂主动容错控制方法研究ｒｌＴｒ

2、ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦａｕｌｔＯｂｓｅｒｖｅＢａｓｅｄＡｃｔｉｖｅＦａｕｔｏｌｅａｎｔｒｌＣｏｎｔｏｌＭｅ化ｏｄｆｏｒＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＭａｎｉｐｕａｔｏｒ作者姓名：张甲子领域：（方向）控制工程指导教师：李元春教授类别：工程硕±论文答辩曰期：２０１６年月＾曰未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使

3、用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的巧律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明：本人郑重声明所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导。下，独立进行研巧工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中。明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名：冰吁１日期：年月令曰／摘要由于机械臂技术的进步促使其应用的领域和范围正在不断扩展，人

4、们希望机械臂能完成更加复杂的任务。运用重新编程，可以使传统的机械臂能够很容易地完成许多不同的任务，然而传统机械臂所能完成任务的范围却受其自身的机械结构限制。在此情况下，可重构机械臂的研究得到发展。可重构机械臂是能够按照特定任务，改变关节和连杆模块，构成任务所需求的构形。针对可重构机械臂这种新的机械臂构形可以开展的研究内容非常丰富，例如可重构机械臂运动学与动力学模型建立、模型建立后控制器的设计以及在子系统发生故障时的故障检测与容错控制等。现代工业的高速发展，使得任务要求越来越高，有些任务已经不适合人类直接

5、完成。例如，深空探测、海底探测等高危任务都已是可重构机械臂取代人类完成。然而随着工作任务与控制系统的日益复杂，且可重构机械臂执行任务时长期处在极端的工作环境，导致其执行机构与传感机构不可避免的会发生某些故障。这类系统一旦其部分元器件发生故障，轻则引起系统失灵，重则造成人员伤亡或财产损失。以此为背景，设计一个安全可靠，能够在系统执行机构或传感机构部分发生故障时仍能使系统稳定运行的可重构机械臂系统，具有重要的意义。本文针对一类具有传感器和执行器故障的可重构机械臂系统，研究内容与工作如下：1.给出课题的研究背

6、景意义，对可重构机械臂的国内外研究现状及主要研究内容进行简要概述。2.利用刚体的动力学方程几何公式得到模块子系统的动力学模型，在此基础上，采用机器人构形运动学描述，通过正向迭代（广义速度与加速度）和反向迭代（广义力）求出模块子系统的Newton-Euler方程。并针对子系统动力学模型的状态空间表达形式，给出传感器与执行器同时发生故障时的多故障子系统动力学模型。3.针对轨迹跟踪问题，设计一种基于自适应神经网络的可重构机械臂分散控制，利用神经网络函数逼近子系统的非线性项，应用自适应控制对神经网络逼I近误差与

7、子系统耦合项进行补偿。当可重构机械臂系统状态可测时，提出一种基于状态扩张观测器的自适应神经网络分散控制方法。基于状态扩张观测器估计值和Lyapunov稳定性理论设计自适应神经网络分散控制律，最后通过仿真研究验证了所提出方法的有效性。4.针对可重构机械臂各子系统的执行器与传感器故障,提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)技术和H性能指标的龙伯格观测器和动态输出反馈控制器。采用龙伯格观测器对执行器和传感器的故障进行估计，该方法的优点在于不需要故障检测和隔离单元。之后，基于观测器的观测值设计动态输出反馈控制器

8、进行主动容错控制。最后，基于Lyapunov理论给出龙伯格观测器与动态输出反馈控制器的稳定性证明，并对不同构形下的可重构机械臂子系统进行仿真实验，验证了观测器与控制器的有效性。5.对全文内容进行了总结，并结合本文的研究结果，对进一步的研究进行了展望。关键词：可重构机械臂，分散控制，龙伯格观测器，状态扩张观测器，LMI，主动容错控制IIAbstractTheprogressofmanipulatortechnologyiscontinuing