柔性機械臂末端位置跟蹤的迭代學習控制.pdf

1、柔性機械臂的連桿由輕質(zhì)、柔性的材料構(gòu)成，具有高荷載自重比、自身慣量小、動作響應(yīng)迅捷的特點。大到在航天器上的輕型機械臂，小到硬盤驅(qū)動裝置，都可以看成是柔性機械臂的實際應(yīng)用。柔性機械臂在實際運行時，其末端運動軌跡的在線測量通常相當困難，常規(guī)的末端軌跡反饋控制難以應(yīng)用。本文結(jié)合實驗室柔性機械臂的實際情況，研究柔性機械臂終點時刻末端位置控制問題，即控制目標不是要求機械臂末端跟蹤完整條期望軌跡，而是期望末端在期望時刻達到理想的最終姿態(tài)或最終輸出。

2、這類問題是典型的點到點(point to point，PTP)控制問題。
　　 本文針對柔性機械臂重復(fù)運行的情況，在僅能測量柔性機械臂運行終點時刻的機械臂末端位置的條件下，結(jié)合計算力矩法，提出了柔性機械臂終點時刻末端位置的一種新的迭代學習控制方法。該方法利用柔性機械臂的簡化動力學模型，給出其各關(guān)節(jié)控制力矩的參數(shù)化表示；并依據(jù)柔性臂終點時刻末端位置的誤差，通過迭代學習算法調(diào)整控制力矩的參數(shù)，從而實現(xiàn)精確達到柔性臂預(yù)期末端位置的目的

3、。該算法利用學習控制不依賴模型的特點，彌補了計算力矩法需要精確模型的缺陷，克服了現(xiàn)存的大多數(shù)的控制方法受建模誤差影響較大的缺點；參數(shù)的迭代學習主要起到消除模型誤差和各種干擾的作用，增強了算法的魯棒性。
　　 本文的主要內(nèi)容如下：
　　 (1)針對實驗室現(xiàn)有柔性機械臂的實際情況，完成了在集中質(zhì)量法假設(shè)條件下的Lagrange能量分析法的動力學方程的推導(dǎo)，得到了空間三自由度雙連桿柔性機械臂的一個相對精確的理論模型。在此基礎(chǔ)之

4、上，為了后續(xù)控制器的設(shè)計，對此理論模型進行了一定的合理簡化，獲得了一個形式簡單的簡化模型。此外，還對這兩種模型進行了仿真實驗，驗證了其合理性和有效性。這兩個模型為論文的其它的仿真實驗和控制器設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　 (2)提出了一種新的僅已知柔性機械臂運行終點時刻的機械臂末端位置誤差的結(jié)合計算力矩法的迭代學習控制算法。這種迭代學習控制算法降低了對整個運行過程的測量要求，同時也降低了對模型精確性的要求。通過理論分析證明了該算法的