文档介绍：江南大学
硕士学位论文
步行机器人系统鲁棒控制器的分析及研究
姓名:李菁
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:刘国栋
20080601
摘要机器人的控制问题无论在理论界还是工程界多年来一直备受人们关注。机器人不仅是一个十分复杂的时变、强耦合、高度非线性系统,而且实际上还存在诸多不确定因素,诸如测量误差、摩擦、负载变化、随机扰动及未建模动态等,因此无法得到完整的、精确的机器人系统模型。在机器人轨迹跟踪过程中,也存在系统元件故障引起机器人结构变化及运动轨迹逆解求取的实时性等问题。对于高速、高精度、高性能机器人系统而言,这些不确定因素严重影响其控制品质,为此研究不确定机器人的控制问题具有重要的理论意义和鲁棒控制问题则恰恰是其中的焦点问题之一。我们必须面对机器入大量不确定性因素的存在,而鲁棒控制正是以具有不确定性的系统为研究对象的控制技术。因此,研究具有不确定性机器人的鲁棒控制问题就具有十分重要的理论和实践意义。首先,本文针对双足步行机器人进行基础性的研究工作,建立了七连杆步行机器人的简化模型。基于齐次坐标变换理论对双足步行机器人进行了正逆运动学建模。在运动学建模的基础上,基于拉格朗日动力学方程推导双足机器人的动力学方程。接着,系统地梳理了当前机器人技术的几类控制策略,分析比较了各自的有缺点。然后,针对外部干扰难以测量的不确定机器人系统,采用一种改进后的机器人鲁棒控制策略,通过仿真实验验证了所提控制方案的有效性。针对鲁棒控制策略虽然可以保证系统的稳定性,但是不能获得良好的暂态性能,并且不确定性的上界难以获知的缺点,探讨一种基于神经网络的鲁棒控制器。它将鲁棒控制和神经网络结合起来构成自适应控制系统。而在鲁棒自适应控制中加入了控制器,可以避免加速度测量,增强速度信号的抗干扰能力,而且通过设计纯粹的前馈项并对其进行离线计算,大大降低实时控制的运算量,故简化了控制结构。关键词:步行机器人,不确定性,鲁棒控制,神经网络,鲁棒自适应控制实用价值。最后,文中给出该方向发展趋势与展望。
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用图清单名称机器人控制系统示意图机器人正面结构图瞬叫谢魅瞬嗝娼峁雇欠阻尼机器人的鲁棒控制系统关节角恢鲁棒控制仿真图关节角位置误差嘲艨刂品抡嫱关节角位置误差恢指慕穆嘲艨刂品抡嫱机器人的鲁棒神经网络控制一种鲁棒自适应控制器结构图关节角恢一种鲁棒自适应控制仿真图所在页图号图图卜图籰图图关节位置控制示意图加速度控制示意图关节力矩控制示意图力位混合控制示意图过阻尼鲁棒控制系统结构框图关节角恢一种改进的鲁棒控制仿真图神经网络结构图关节角恢鲁棒神经网络控制仿真图关节角位置误差嘲羯窬缈刂品抡嫱文中用图清单
缩写与符号自由度猳零力矩点鲁棒控制自适应控制变结构控制餷鬋模型预测控制模型参考自适应控制神经网络反向传播算法小脑模型关节控制器任意的实数集存在着不确定的江南大学硕士学位△
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第一章绪论机器人学的背景及研究现状是世纪人类科学技术进步的重大成果。机器人从爬行到学会两腿直立行走,仅仅用了机器人的诞生和机器人学的建立和发展是世纪自动控制原理最具说服力的成就,年,而人类的这一过程经历了上百万年。越来越多学者和专家已经致力于这一领域的研究并取得了丰硕的成果,本文也将在这一方面进行一些分析和研究。机器人学【惺叨冉徊娴那把匮Э疲婕暗降缱友А⒓扑慊蒲А⒖刂评砺邸传感技术、机械工程、仿生学、人工智能、社会学等多门学科。自年世界上第一台电子编辑工业机器人问世以来,机器人从无到有,已取得令人瞩目的成就。正如宋健教授年日在国际自动控制联合会届大会报告中所指出的:“机器人学的进步和应用是本世纪自动控制最有说服力的成就,是当代最高意义上的自动化。仅仅花了年,机器人从爬行学会了两条腿走路,成为直立机器人⋯一魅说亩ㄒ逵敕⒄垢趴机器人【渴兰统鱿值男旅剩时曜蓟橹疘曾于年对机