基于PD前馈结构的不确定性机器人鲁棒控制策略研究

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1、燕山大学硕士学位论文基丁PD+前馈结构的不确定性机器人鲁棒控制策略研究姓名：陈丽申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：宋维公20050301d(bia!fce(Dti^f6njilbn-(D窃，电du乜Thecontrolprvedgreatattent•10n•1nthenyyears■R0bustc0ntr01•1s•Just00wnthatther0b0t•1cman•1pu1systemw•1tht•1me-Vary■1ngstcharacter•1st•1cc0ntr01f0rsuch10t0funcerta•1ns0the

2、researcho•nicalandpracticamechanismwhenticaloccasionKeywordsRobotib1eStruetureContro1；Boun

3、的主要课题有两个，一个是如何实现误差系统的稳定性，即位姿跟踪误差尽快趋于零；另一个是抑制干扰，即尽可能减小干扰信号对跟踪精度或定位精度的影响。设计控制器时，不仅要考虑数学模型的标称参数，同时还必须考虑模型不确定性及外加于扰对系统詁质的影响，保证在最坏的条件下也能满足控制设计要求。因此，设计一个鲁棒而简单的控制器具有I•分重要的意义。1,1.1机器人发展简史与自动控制英文Robot(机器人)一词来源于1921年捷克剧作家Kare1Capek创作一部誌加，描写了一个科学家为了将人类从繁重的劳动中解放出來，大量制造只会劳动而没有思维的人造人(IIRobo

4、t)的科幻故事。这幕剧反映了人类长期以来，欲摆脱单调、枯燥的机械式劳作，让机器収而代Z的愿望，即反映了人类对器械口动化的追求。古今中外，人们创造了许多自动装置，都有意无意地运用了自动控制理论的基本原理，比如沙漏定时装置、浮标反馈装置等等。当机器人作为被人们理想化的自动装置，从艺术的世界走入现实生活的时候，也止是自动控制理论从其经典阶段开始迈入现代控制理论的鼎盛时期。20世纪50〜60年代，以卡尔曼为代农的一批学者将状态空间方法引入口动控制理论，取得了最优调节理论、系统的可控性以及可观测性等重要结果。儿乎同时，美国的Dove1于1954年将他所提出的

5、关于机器口动化的“示教一再现”(Teaching—P1ayback)的概念申报了专利，以flWo9n5s8(^A^lated发表的“数字控制机器人二揭开了研制机器人的序61年和1962年，美国的UNIMATION公司与AMF公司分IIIIi造了

6、比界上第一代工业机器人，Z后1966年斯坦福大学开发了具有6个关节的机械臂。时至今口，机器人的发展已经经历了三代的演变：第一代是顺序控制机器人，不具有传感装置。1961年，Unimati司牛旳I侖一台商用工业机器人“Unimate-(“万能伙伴吃意)(如图1—1第1章绪论所示），以及AMF公司生产的“Ver

7、satra（“多用搬运”之意）为这类机器入的起始产品，目前已经普及化，它主要用于作业顺序和环境结构相对固定的场合，因而可通过编程来实现重复性的操作，但由于没有传感器的反馈信号，因此不能通过在作业过程中从外界获取信息來改善其白身的行动品质，故应用范M和控制精度受到限制。图1—1笫一台工业｛：『I器人UnimateFig.1—lThefi「stofindust「y「obotUiiimatc第二代是反馈控制机器人，它装配有传感器，能对其口身的实际位置、速度、加速度和力觉等进行测量，能通过“视觉"、“触觉”等传感器对外部环境进行实际探测，由这些反馈信息对操

8、作过程进行调整。通过反馈控制，其行动胡质大大提高。它与传感技术、计算机技术、仿生学、控制理论等有密切的联系，其研究的关键技术是“视觉”和“触觉二冃前应用较多的是第二代机器人，这类机器人还远没有达到完善的地步，有待进一步研究。第三代是智能控制机器人，它具有某些牛物机制、人工智能的特性，能感知外界环境少对彖物，能根据复杂的环境进行推理，并对操作行为作出口主决策，从而完成复杂或特殊的任务，这类机器人的研究才刚刚起步，低智能的机器人在核工业、水下、爬壁等特殊环境屮Lt有应用，而高智能的机器人，由于受计算机、控制理论、人工智能等相关技术和学科发展的制约，至今

9、尚处于实验室研究阶段，有待于某些关键技术的突破。预计在木lit纪内智能机器人将大量涌现。经过四十年的发展，机器人无论是本体