收藏本站
《辽宁大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于数据驱动的非线性机器人滑模变结构控制方法研究

董德帅  
【摘要】:随着社会的发展和科学技术的日新月异,机器人已经被应用到越来越多的领域,包括医疗、航海、建筑、服务、农业等领域。同时,人们对机器人系统的控制精度、响应速度和抗扰动性的要求也越来越高。控制系统作为整个机器人的核心,对整个机器人的性能起到了至关重要的作用。因此,研究机器人系统的轨迹跟踪控制具有十分重要的理论意义与现实意义。机器人系统包括以下四大部分,分别为机械本体、控制机构、伺服驱动系统及检测信号系统,机器人可以模仿人类的各类动作,能够通过上位机软件进行自动控制,根据不同的程序完成相应的工作要求,属于现代化的机电一体设备。但多关节机器人的控制过程却是非常复杂的,常见的多关节机器人会有多个输入,并根据程序设计出多个输出,且属于非线性系统。对于多关节机器人的控制方式主要分为以下五种,分别是PID控制、自适应控制、鲁棒控制、变结构控制及智能控制。然而PID控制很难很好地处理机器人系统中的非线性特性;自适应控制、鲁棒控制、变结构控制大多依赖于系统的精确数学模型或者标称模型,导致很难应用于实际的机器人系统;智能控制往往需要前人的经验知识作为基础支撑或者需要已知系统的阶次,给智能控制方法的实际应用带来了很大的困难。因此,为了进一步提高先进控制方法在机器人系统中的实用性,针对一类模型未知、阶次未知的非线性机器人轨迹跟踪系统,本文研究了基于数据驱动的机器人滑模变结构控制方法,完成了以下工作:(1)通过查阅国内外相关文献,阐述了机器人系统的动态数学模型和复杂特性。针对机器人轨迹跟踪系统由于具有模型未知、非线性、扰动、不确定性而导致难以控制的问题,提出了一种数据驱动准滑模解耦控制方案。首先,运用数据驱动技术实现了未知非线性机器人系统的非参数动态线性化;其次,运用趋近律的思维,设计了数据驱动准滑模控制律;最后,进一步结合离散扩张状态观测器(discrete-time extended state observer,DESO),实现了数据驱动准滑模控制系统的解耦控制。(2)为了缓解滑模控制系统的抖振现象,进一步提出了一种数据驱动二阶滑模解耦控制方法。首先,运用数据驱动技术处理机器人系统的模型未知和非线性特性;其次,运用二阶滑模控制思维,提出了一种数据驱动二阶滑模解耦控制方案;最后,理论分析表明本文所设计的数据数据驱动二阶滑模控制方案能够保证机器人轨迹跟踪系统的跟踪误差收敛到零附近很小的区域。(3)为了提升数据驱动滑模解耦控制方法的控制性能,增强该方法的适应能力,本文利用PSO(Particle Swarm Optimization)算法对所设计控制器中的关键参数进行优化,进一步提出了基于PSO优化的数据驱动滑模解耦控制器,为控制器参数的选取提供了一种有效的方案。(4)为了分析所设计控制方案的有效性,本文同时进行了机器人轨迹跟踪控制系统的闭环仿真实验。首先,结合已有机器人轨迹跟踪系统的机理模型,在matlab环境下搭建了仿真平台;其次,将所设计的数据驱动准滑模解耦控制方法、数据驱动二阶滑模解耦控制方法以及基于PSO优化的数据驱动滑模解耦控制方法应用到非线性机器人轨迹跟踪系统中,同时和已有的PID控制方法进行仿真对比分析;最后,仿真曲线和性能评价指标验证了所设计控制方案的有效性。
【学位授予单位】:辽宁大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP242

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林荣霞;;关节驱动机器人的饱和反馈力学控制方法研究[J];智能计算机与应用;2019年02期
2 董航;杜广胜;刘冬;丛明;;基于遗传算法的码垛机器人关节路径规划[J];组合机床与自动化加工技术;2017年05期
3 ;多技术融合的机器人时代,背后都蕴含着哪些技术?[J];单片机与嵌入式系统应用;2017年11期
4 黄顺舟;王力;祁佩;张崇印;;低温贮箱隔热层打磨机器人的动力学仿真分析[J];环球市场信息导报;2016年37期
5 王光建,梁锡昌,蒋建东;机器人关节的发展现状与趋势[J];机械传动;2004年04期
6 黄宇中;胡宇方;;机器人重复定位精度分析[J];上海交通大学学报;1987年04期
7 陈彦;樊诚;;机器人用伺服和控制电机[J];微电机;1987年04期
8 陈滨;机器人通过奇点的运动学逆问题的数值解法[J];力学学报;1988年04期
9 金广业;机器人位移和速度反馈的一种方法[J];机器人;1988年04期
10 徐殿国;王宗培;;机器人直接驱动系统的发展现状与展望[J];电工技术学报;1988年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李亚;林仲豪;;供给侧改革背景下的广东机器人产业发展路径研究[A];市场经济与供给侧结构性改革——2016年岭南经济论坛论文集[C];2016年
2 荆阳;庞思勤;周兰英;;月球探测机器人关节固体润滑关键技术的新进展[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
3 周友行;邹湘伏;何清华;;多臂机器人关节间的碰撞检测研究[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年
4 杨明;苏学成;李贻斌;樊炳辉;逢振旭;;一种机器人关节控制系统研究[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
5 王瑞茂;余跃庆;;柔性机器人协调操作终点定位规划[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年
6 张绪平;余跃庆;;空间机器人关节柔性与杆柔性的耦合特性[A];第十一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集[C];1998年
7 李文钧;;机器人在发动机缸体打磨领域的应用[A];第十三届全国铸造年会暨2016中国铸造活动周论文集[C];2016年
8 周丽霞;崔明光;李利清;王磊;;冲压线搬运机器人避障策略及仿真[A];2015年工业设计与协同创新学术会议暨第20届全国工业设计学术年会论文集[C];2015年
9 郭益深;陈力;;漂浮基双臂空间机器人关节轨迹跟踪的拟增广自适应控制[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
10 李利清;杜丽峰;王磊;赵娜;;自动化冲压生产线节拍优化系统[A];2015年工业设计与协同创新学术会议暨第20届全国工业设计学术年会论文集[C];2015年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 巴黎高科评论 冯素雯 译;更好或更坏的“外科医生”?[N];经济观察报;2014年
2 本报记者 庞文渊;给机器人装上宝鸡心[N];宝鸡日报;2017年
3 本报记者 孙海涛;秦川集团:机器人关节减速器获200家企业订单[N];宝鸡日报;2018年
4 常青;新松机器人:科技创新助力智能制造[N];中国知识产权报;2018年
5 中国经济导报记者 王晓涛;国产机器人这一脚不能踩空[N];中国经济导报;2018年
6 本报记者 庞文渊;如何让更多机器人用上宝鸡智造?[N];宝鸡日报;2018年
7 赵风;世界机器人汇聚宝鸡 打造宝鸡智能制造的新高度[N];宝鸡日报;2018年
8 记者 李兴彩;多部委打出政策组合拳 机器人产业有望步入良性发展[N];上海证券报;2016年
9 记者 李丽云 实习生 杜寒三;我自主“机器人关节”投产 有望大幅降低整机成本[N];科技日报;2017年
10 本报记者 孟民;宝鸡打造机器人关键零部件基地[N];宝鸡日报;2017年
中国博士188bet全文数据库 前10条
1 严华;运动自适应上肢康复训练外骨骼机器人系统设计方法和应用试验研究[D];浙江大学;2014年
2 刘智光;人机协作中机器人力感知与柔顺控制方法研究[D];河北工业大学;2017年
3 刘斌;四足机器人落地过程中缓冲策略的研究[D];山东大学;2017年
4 李红岩;煤矿蛇形搜寻机器人路径规划策略研究[D];西安科技大学;2018年
5 郭云龙;搜救侦测机器人关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
6 薛勇;多关节机器人仿生液压驱动技术及效率研究[D];国防科学技术大学;2016年
7 申浩宇;冗余双臂机器人协调作业系统研究[D];南京航空航天大学;2016年
8 崔茂源;基于虚拟现实技术与监控理论的机器人示教系统研究[D];吉林大学;2004年
9 戚晖;高压带电作业机器人及其跟踪装配系统的研究[D];天津大学;2003年
10 胡旭东;基于网络的异构工业机器人集成技术研究[D];浙江大学;2004年
中国硕士188bet全文数据库 前10条
1 刘晓明;电力线路除冰机器人驱动控制研究[D];湖南大学;2016年
2 董德帅;基于数据驱动的非线性机器人滑模变结构控制方法研究[D];辽宁大学;2017年
3 胡斯楞;铝合金空间焊缝的机器人焊接离线编程及焊接工艺[D];内蒙古工业大学;2018年
4 徐旋;云锦织造机器人控制系统[D];武汉纺织大学;2018年
5 赵远方;液压机器人电液关节设计及性能分析[D];成都理工大学;2018年
6 马领月;基于视觉的汽车车门定位检测算法的研究[D];华北电力大学;2018年
7 叶紫权;输电线路防振锤更换带电作业机器人的研究与设计[D];长沙理工大学;2017年
8 李振雨;混线生产系统中机器人视觉识别定位技术研究[D];山东理工大学;2018年
9 夏壮;基于深度学习的物体检测和抓取技术研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
10 王思凯;液压四足机器人对角步态联合仿真及关节稳定性控制研究[D];哈尔滨理工大学;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026