机械臂的自适应模糊控制new

1、机械(jxi)臂的自适应模糊控制答 辩 人：胡灵美学 号：116040124班 级：自动化111指导老师：陈 杨共二十五页目录(ml)1研 究 背 景2研 究 内 容3研 究 方 法4研 究 结 果共二十五页背景(bijng)意义机械臂在自动化生产过程中占有重要地位，近年来对机械臂的轨迹跟踪控制的研究尤其活跃。但是随着对跟踪精度和速度等要求(yoqi)的提高，摩擦和扰动等不确定性因素给机械臂控制带来了新的挑战。而利用模糊系统来逼近机械臂的不确定性，然后进行补偿，是解决不确定性给机械臂轨迹跟踪所带来的困难的一种有效方法。1研 究 背 景共二十五页基本(jbn)内容1、利用模糊系统对机械(jxi)

2、臂的不确定性进行补偿，然后设计出自适应控制器2、利用MATLAB仿真具有代表性的算法，并将仿真结果与文献给出的仿真结果进行对比，分析文献中给出方法所存在的问题。3、基于模糊系统和稳定性理论，提出改进以及新的处理方法。4、将仿真结果和已有的代表性成果进行对比，以证明提出的方法的可行性。2研 究 内 容共二十五页主要(zhyo)内容针对刚性(n xn)机械臂存在摩擦和扰动等不确定因素给轨迹跟踪控制带来的困难，给出了一种机械臂的自适应模糊控制方案。基于Lyapunov稳定性理论，设计出针对确定部分的控制量构造模糊系统逼近摩擦项得到一个补偿控制量利用扰动的有界性设计一个附加的反馈控制量得出覆盖模糊系统

3、所有参数的自适应律2研 究 内 容共二十五页论文(lnwn)创新与已有成果相比具有两个创新点提出的自适应律能使模糊系统的更多参数是自适应的（保证模糊系统能覆盖更宽泛的输入空间(kngjin)，提高逼近精度）将扰动单独处理，而不是用模糊系统来逼近（减小模糊系统的维数，克服模糊系统无法保证对时变扰动逼近精度的问题）2研 究 内 容共二十五页机械(jxi)臂模型针对任意(rny)一个n关节的机械臂，存在摩擦和扰动等不确定因素，其模型可表示为（1）其中 为对称的惯量矩阵， 代表离心力和科氏力， 代表重力矩， 为广义坐标， 为驱动力矩，其中 为摩擦，是速度的函数， 为时变的有界扰动变量。3研 究 方 法

4、共二十五页模糊(m hu)系统的构造对机械臂关节(gunji)j(j=1,2,n)的摩擦 设计Mj条模糊规则（2）其中 为关节j的速度。3研 究 方 法共二十五页模糊(m hu)系统的构造根据模糊规则（2），构造一个模糊系统 ，以逼近实际的不确定摩擦 （3）其中为 设计参数，其大小与高斯隶属度函数的覆盖宽度(kund)相关。 为参数（ ， ， ）T的集合3研 究 方 法共二十五页自适应(shyng)模糊控制器的设计定义模糊系统(xtng)的最优参数集合为（4）构造变量（5）令 ，其中 ，其特征值均大于零。构造Lyapunov函数（6）其中 ， ，则（7）3研 究 方 法共二十五页自适应模糊(m

5、 hu)控制器的设计由于(yuy)是 斜对称矩阵，故有 令x=s，结合（1）、（5），可将（7）进一步写为（8）其中 通常时变干扰是 有界的，有 令 ，并设计控制律（9）其中 ， 3研 究 方 法共二十五页自适应(shyng)模糊控制器的设计将（9）代入（8），可得（10）其中将 在 进行(jnxng)泰勒展开，可得（11）令 其中 为 的高阶无穷小量3研 究 方 法共二十五页自适应模糊(m hu)控制器的设计则（10）可改写为（12）取自适应律（13）则（12）化简为 （14）显然(xinrn) ，所以在最优逼近误差足够小的情况下有 （15）模糊系统和自适应律能满足条件（15），故必然有 3

6、研 究 方 法共二十五页仿真(fn zhn)分析4研 究 结 果共二十五页仿真(fn zhn)分析4研 究 结 果共二十五页仿真(fn zhn)分析4研 究 结 果共二十五页仿真(fn zhn)分析4研 究 结 果共二十五页论文(lnwn)小结本文针对刚性机械臂存在的摩擦和扰动等不确定性给轨迹跟踪控制带来的困难，基于Lyapunov稳定性理论，构造模糊系统来逼近不确定摩擦，利用附加反馈控制来克服扰动影响，同时设计了针对模糊系统所有参数(cnsh)的自适应律来提高模糊系统性能。仿真结果表明，该算法能够显著提高跟踪精度，保证控制器稳定，实现了针对机械臂不确定性的自适应模糊控制。4研 究 结 果共二

7、十五页谢 谢请各位老师(losh)批评指正共二十五页式（8）推导(tudo)过程：附录(fl)1共二十五页自适应律（13）中含有偏导数 的计算，可利用复合函数(hnsh)的求导法则计算。附录(fl)2共二十五页机械臂选择(xunz)为双关节，其简化图如右图所示其中(qzhng)r1=1m，r2=0.8m,m1=1.0kg,m2=1.5kg； ； ； ； 和 的初始值均选择附录3共二十五页 参考文献1孙树栋.工业机器人技术基础M.西安：西北工业大学出版社,2006:233-371.2Liu, H.,Zhang, T.Adaptive neural network finite-time cont

8、rol for uncertain robotic manipulatorsJ. Journal of Intelligent and Robotic Systems: Theory and Applications,2014, 3(75):363-377.3刘建昌,苗宇. 基于神经网络补偿的机械臂轨迹控制策略的研究(ynji)J. 控制与决策,2005,07:732-736.4Zhu, Q.-G., Chen, Y., Wang, H.-R.The RBF neural network control for the uncertain robotic manipulatorC.Baodin

9、g：Proceedings of the 2009 International Conference on Machine Learning and Cybernetics,2009:1266-1270.5席雷平,陈自力,齐晓慧. 基于非线性干扰观测器的机械臂自适应反演滑模控制J. 信息与控制,2013,04:470-477.6廖武,钟宜生,石宗英. 基于信号补偿的机械臂鲁棒控制器设计与实现J. 清华大学学报(自然科学版),2006,04:473-476.7Chen, Y., Ma, G., Lin, S., Gao, J.Adaptive fuzzy computed-torque cont

10、rol for robot manipulator with uncertain dynamicsJ.International Journal of Advanced Robotic Systems,2012,9(3):1-9.附录(fl)4共二十五页 参考文献8倪骁骅,刘青. 基于MIMO系统的机械手自适应模糊滑模控制J. 中国农机化学报,2015,02:265-268+256.9梁捷,陈力. 空间机械臂关节运动的自适应模糊补偿控制J. 系统仿真学报,2011,03:577-582.10Byung Kook Yoo; Woon Chul Ham.Adaptive control of ro

11、bot manipulator using fuzzy compensatorJ.Fuzzy Systems, IEEE Transactions on,vol.8,no.2,pp.186,199,Apr 2000.11于志刚,沈永良,宋中民. 机械臂鲁棒自适应运动控制J. 控制理论与应用,2011,07:1021-1024.12郭益深,陈力. 具有外部扰动的空间刚性机械臂姿态与末端爪手协调(xitio)运动的Terminal滑模控制算法设计J. 应用数学和力学,2008,05:525-532.13丁文镜,樊世超.摩擦力的若干数学模型C. 北京：第六届全国一般力学学术会议.1998:133137.14王立新,王迎军.译.模糊系统与模糊控制教程M.北京:清华大学出版社，2003:133-371.附录(fl)4共二十五页内容摘要机械臂的自适应模糊控制。但是随着对跟踪精度和速度等要求的提高，摩擦和扰动等不确定性因素给机械臂控制带来了新的挑战。4、将仿真结果和已有的代表性成果进行对比，以证明提出的方法的可行性。利用扰动的有界性设计一个附加的反馈控制量。针对任意一个n关节(gunji)的