开题报告-TORA系统控制方法研究

毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 专 业 ： 自动化 设计 (论文 )题目 ： 统控制方法研究 指 导 教 师 : 李胜 2012 年 3 月 8 日 若须定制全套设计，请联系扣扣九七一九二零八零零。 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统 一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2007 年 3 月 15 日”或“ 2007 若须定制全套设计，请联系扣扣九七一九二零八零零。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 1 引言 欠驱动系统是指系统的独立控制输入数目少于系统自由度的一类非线性系统，它广泛存在于机器人航天航空和交通运输等各个领域 6。欠驱动系统的欠驱动是由以下四个原因造成的 5： （ 1）系统的动力学； （ 2）为了节省开支或者其他一些使用目的而进行的特别设计； （ 3）驱动失败； （ 4）为了深入研究高阶欠驱动系统的控制而人为创造较为复杂的低阶非线性系统。 无论是在控制理论上还是在实际的控制应用中， 欠驱动系统的镇定控制都具有较高的研究价值。 2 统简介 具有旋转激励的平移振荡器 (由一个未驱动的平移振荡器和驱动的转动小球组成，且振荡器和小球都在水平面内运动。它是一个 4 阶的非线性基准系统，通常用来检验低阶非线性动力学系统的非线性控制设计 2。 3 统研究现状 采用 制方法对平移振荡器系统进行了控制 ; 提出了基于部分反馈线性化的积分反步 ( 控制方法 ; 的模糊控制方法 , 并设计了稳定模糊控制器、鲁棒模糊控制器等 ; 基于 型设计了状态受限情况下的模糊控制器 ;在部分反馈线性化基础上为该系统设计了一型及二型模糊控制器 . 这些方法都可以实现对平移振荡器系统的控制 , 但这些方法都是基于系统的精确数学模型的 , 且控制器的设计过程相当复杂 6。 综上所述，欠驱动机械系统的应用研究涉及面覆盖了整个工业、军事、娱乐和交通运输，而且人们为了更好的研究欠驱动机械系统还抽象或构建了一系列的 须定制全套设计，请联系扣扣九七一九二零八零零。 目前对于欠驱动机械系统的应用研究还逐渐向微型化发展，出现了如纳米机器人，微机电系统的欠驱动机械结构。尽管目前出现了各种各样的针对具体欠驱动机械系统的控制设计方案，但是，对于欠驱动系统控制的研究水平离发现适用于机器人和飞行器应用的高阶欠驱动系统的控制设计目标还有一定的距离，同时缺乏具有一般性的研究成果 5。 4 统镇定控制方法 杂志 1998 年针对 统的非线性控制出专 刊进行研究，给出了很多有意义的控制设计方法。其常见的设计方法之一是将系统动力学转换成严格反馈形式的级联非线性系统，然后通过方法得到系统的稳定控制输入。另一常见的设计方法则是利用系统的无源特性实现其稳定控制。最近几年的研究成果主要报括反步法、基于能量设计法和模糊控制法 3。 1）反步法： 结合部分反馈线性化和一个全局坐标变换 , 将系统的动力学转换成严格反馈的级联规范型 , 从而将控制设计的任务归约成对级联系统中的非线性子系统部分的设计。在给出更一般的实现非线性子系统全局渐近稳定的状 态反馈算法后 , 采用积分计了整个系统的全状态反馈控制器 2。 2）基于能量设计法： 基于系统的总能量说明旋转小球在垂直平面内运动的 无源性，在此基础上设计了系统的李亚普诺夫函数，从而基于李亚普诺夫定理得到实现系统全局渐近稳定的状态反馈算法，这一控制设计过程也一样适用于旋转小球在水平面内运动的 。 3）模糊控制法： 基于单输入规则模块的模糊控制方法最早由 提出 , 用来解决传统模糊控制存在的问题 , 比如 : 随着模糊控制器输入变量数目的增多 ,模糊规则呈指数上升 ; 模糊规则难以设定 ; 变量之间存在耦合使得控制器参数设定困难等。每个单输入规则模块(可以看成一个只具有单一输入变量的模糊逻辑系统 4。 设计基于单输入规则模块的模糊控制器最重要的是设计每个输入变量对应的单输入规则模块、比例因子及重要度等 4。 5 统镇定控制问题主要研究内容 为了研究欠驱动机械系统的控制理论问题，首先需要对机械系统进行专业的描述，若须定制全套设计，请联系扣扣九七一九二零八零零。 经典力学是常用的理论方法，比如人们常常采用经典力学中的牛顿力学和拉格朗日力学来进行控制对象的建模工作。 拉格朗日力学的角度 出发，利用机械几何学和控制理论的思想，综述了简单机械系统，主要的运动控制系统和微分平滑系统这三类机械系统的非线性控制研究的进展。 其他一些学者则主要研究了非完整约束机械系统及其低阶的雅克比 出机械系统的固有结构在简化相关联的复杂控制分析问题上有着重要的作用。 对机械操作手进行了机械系统结构简化的研究，同时他们建议对称性是需要考虑的一个重要因素，这个建议在后来 机械系统的研究成果中得到了体现， 据机械系统的动能对称性，大大的简化了机械系统的控制设计 5。 目前在针对机械系统的控制研究中，大部分的研究工作都是针对简单机械系统进行的。简单机械系统是指拉格朗日算子系统仅由动能和势能组成的机械系统，对于只有一个自由度是欠驱动的欠驱动简单机械系统，其偏微分方程是明确可解的 5。 1）动力学建模： 首先给出整个系统的动能和势能 , 以便进行拉格朗日方法的建模。系统的总动能由小车的动能和小球的动能两个部分组成。由动力学描述可以看出， 统中只有一个施加在小车上的驱动力，但是却有两个状态变量需要控制 ，即小车的位置和小球的摆角，因此 统是一个欠驱动机械系统 1。 2）控制算法： 控制算法的设计视乎控制方法的选择。根据 计思想 , 整个系统的稳定控制问题便归约成一个具有拉格朗日算子的无阻尼质量弹簧系统的稳定控制问题2。 若基于拉格朗日方程，建立 动力学模型，从能量的角度出发，说明系统的无源特性，在此基础上设计了一个合适李亚普诺夫函数，从而得到了系统的控制算法；采用拉萨尔不变性原理分析了控制系统的稳定性根据所选取控制方法进行控制设计 1。 3）仿真验证： 对给出 的控制方案进行了数值仿真实验，运用实验结果证明方案有效性。实验在境下进行。 6 总结 本课题对以 统的建模和控制设计问题进行系统而深入的研究。在现有研究若须定制全套设计，请联系扣扣九七一九二零八零零。 的基础上，联系理论与实践，改进控制设计。无论是在控制理论，还是在控制应用中，都体现出一定的价值。 参考文献 1 高丙团 . 动力学建模及基于能量的控制设计 J. 自动化学报 , 2008, 34(9):12212 高丙团 , 贾智勇 , 陈宏钧等 . J. 控 制与决策 , 2007, 22(11):12843 高丙团 , 黄学良 . 欠驱动 2J. 东南大学学报（自然科学版） , 2011, 41(2):3214 李成栋 , 易建强 , 赵冬斌等 . 一种新的针对平移振荡器系统的模糊控制方法 J. 重庆工学院学报 (自然科学版 ), 2008, 22(9):475 高丙团 , 陈宏钧 , 张晓华等 . 一类欠驱动机械系统的非线性控制 J. 控制与决策 , 2006, 21(1):104110. 6 高丙团 , 孙国兵 . 子位置反馈的稳定控制方法 J. 电机与控制学报 , 2010, 14(8):587 焦晓红，关新平非线性系统分析与设计 M电子工业出版社， 2008. 8 胡跃明非线性控制系统理论与应用 (第二版 )M国防工业出版社， 2001. 9 许清媛 . 一种基于非线性观测器和能量结合的反馈控制系统研究 D. 中山大学 , 2010. 10 张刘 , 段广仁 , 王子华等 . 非线性基准系统的输入受限输出反馈动态脉冲混杂全局调节器设计 J. 吉林大学学报（工学版） , 2008, 38(3):73511 P in a of . 2010, 12(5): 57512 . 2011, 47: 58413 on A . 1997, 5(5): 520若须定制全套设计，请联系扣扣九七一九二零八零零。 14 . 1998, 6(3): 43615 . 2001, 9(2): 39116 . . 1996, 4(3): 29217 u. . 2004, 2: 1118 u, of . 2002, 75(5): 36019 . 2004, 49(5): 81420 of . 2007, 32: 201若须定制全套设计，请联系扣扣九七一九二零八零零。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 欠驱动机械系统是指控制输入数目少于系统自由度的机械控制系统，它广泛存在于机器人、航天航空和交通运输等各个领域，由于控制输入的缺失使得其控制问题成为控制领域富有挑战性的研究热点之一。 欠驱动机械系统 般分为两种类型，一种类型就是人们从实际的一些自然现象或者工程应用中抽象出来的，如倒立摆系列和柔性机械臂系统；另一类就是人们在研究控制理论过程中人为创造出来的，如球棒系统和 统 。 建立 统数学模型，基于系统动力学特性，建立该系统的状态方程，并对其平衡点，零动态等进行了分析。运用反步、模糊控制等方法，在 件编程环境下进行仿真；分析仿真结果，对已有的 统镇定控制方法进行改进。具体可见下面两种思路。 针对旋转小球在垂直平面内运动的欠驱动的具有旋转激励的平移振荡器 基于拉格朗日方程 , 建立其动力学模型。结合部分反馈线性化 , 采用一个闭环坐标变换将系统动力学转换成严格反馈的级联非线性系统 , 该级联系统由非线性子系统和两个积分器组成。在设计了非线性子系 统有界状态反馈算法的基础上 , 应用积分 出了实现系统全局稳定的状态反馈控制器 针对具有单电机驱动的欠驱动 计只需要转子位置反馈实现系统两自由度稳定的控制算法。基于 动力学模型，从能量的角度出发，证明了系统的无源特性 ; 在此基础上设计了一个包含系统能量项的控制李亚普诺夫函数，通过李亚普诺夫稳定性定理得到只需要反馈系统驱动自由度状态变量的控制器 进一步设计高通滤波器，通过驱动转子位置高质量复现其转动角速度，从而得到只需要驱动转子位置反馈的 稳定控制算法。采用拉萨尔不变性原理分析了控制系统的稳定性。数字仿真实验证明控制算法的有效性。 若须定制全套设计，请联系扣扣九七一九二零八零零。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 孟野同学通过查阅大量文献，对 统的非线性控制问题的研究内容以及目前国内外研究现状等问题有了较为具体的认识和了解，并对本课题的研究内容和设计重点与