平面Acrobot的运动特性分析及控制方法研究

《平面Acrobot的运动特性分析及控制方法研究》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、中图分类号TPl3UDC621硕士学位论文学校代码!Q§三三密级公开平面Acrobot的运动特性分析及控制方法研究MovementCharacteristicsAnalysisandControlMethodResearchofPlanarAcrobot作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：曹胜强控制科学与工程欠驱动机械系统信息科学与工程学院赖旭芝教授论文答辩日期垫!至生!里乡lII答辩委员会主中南大学二零一三年四月一令一二，年四月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的

2、地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其它单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：盔鳖l姿日期：丛年—生月j!日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。日期：皇盟

3、年L月卫日平面Acrobot的运动特性分析及控制方法研究摘要：本论文在对平面Acrobot进行建模的基础上，通过分析平面Acrobot的内在运动特性，提出了基于系统运动状态约束的控制策略，有效克服了平面欠驱动机械系统难于稳定的问题，为欠驱动机械系统控制提供新的思路。首先，采用拉格朗日力学方程建立平面Acrobot的动力学模型，并通过分析系统的可控性能，阐述了系统的控制难点。然后，对平面Acrobot的运动特性进行分析。通过对欠驱动关节的动力学方程进行积分，分别得到系统驱动连杆和被动连杆的角度之间和角速度之间的约束关系。并根据这种约束关系，提出任意姿态可达的判断条件。同时，给

4、出了末端点位置坐标的计算方法，得到了系统末端点的运动轨迹，此轨迹更进一步说明了在一般情况下，系统具有任意姿态可达的特性。接着，基于运动状态约束关系设计控制策略。控制策略设计分为两步：第一步，基于角度约束关系和末端点位置，利用整数规划型粒子群算法，得到同时满足系统精度要求和快速性要求的控制角度目标值；第二步，利用驱动连杆的角度和角速度目标值，构造李雅普诺夫函数设计控制器实现驱动连杆的姿态控制，同时利用平面Acrobot特有的运动约束关系连带实现被动连杆的姿态控制，从而最终使系统稳定在目标位置。最后采用最大不变集原理对控制策略的稳定性进行分析，并通过仿真实验验证了优化算法和控制

5、策略的正确性和有效性。关键词：平面欠驱动机械系统；平面Acrobot；运动状态约束；整数规划型PSO算法；LyapunovmT数分类号：TPl3MovementCharacteristicsAnalysisandControlMethodResearchofPlanarAcrobotAbstract：Inthispaper,acontrolstrategyforaplanarunderactuatedrobotisproposedbasedonthemotionstatesconstraintsbysystemmodelingandmovementcharacteristi

6、csanalysis．Thecontrolstrategyovercomesthedifficultstabilizationproblemeffectively,andprovidesanewwayforcontrolmethodofplanarunderactuatedmechanicalsystems。Firstly,thedynamicmodelofthePlanarAcrobotiSobtainedbasedontheLagrangeequation．Meanwhile，somesystemcharacteristicsareanalyzedforcontroll

7、ability,whichindicatethedifficultiesofcontr01．Secondly,themovementcharacteristicsareanalyzed．Theangularvelocityconstraintandangleconstraintbetweenthetwolinksareobtainedbyintegratingthedynamicequationoftheunderactuatedjointrespectively．Basedontheconstraints，ana