| 【中文题名】 | 两轮不稳定机器人载体运动学及动力学变结构控制研究 |
| 【英文题名】 | The Study on the Variable Structure Control for a Two-wheeled Unstable Robot Carrier |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-4-27 |
| 【中关键词】 | 变结构,状态空间,滑动模态,不变性,, |
| 【英关键词】 | VSC,state space,sliding model,invariability, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人> |
| 【论文摘要】 |
不稳定两轮车作为机器人运动载体在机器人的位置和姿态精确运动领域具有无可比拟的优越性,当然这是以增加控制复杂性来换得的。
为了进一步研究的需要,与同学合作初步组建了该机器人载体实验平台,并独立完成对两轮机器人载体的数学模型进行仿真分析与结构优化。本文将变结构控制运用于机器人的运动控制,对变结构控制器的设计作了下列研究:从控制要求出发将载体位置控制和姿态平衡稳定控制进行了分离;研究了抖动从滑动面向输出状态变量的传递与滑动面参数设计的关系;提出并研究了变结构控制作用U和抖动以及系统状态运动的空间矢量分解问题,目标是保留鲁棒性的同时消除变结构控制的抖振,同时找到了一种实现方法,效果良好。
传统变结构控制设计方法总是以牺牲系统的鲁棒性为代价来消除抖振,本文首次采用对系统运动进行空间分解的方法使二者得到统一,对变结构控制器的工程运用必定产生有利推动。 |
| 【论文题纲】 |
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摘 要 |
4-5 |
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Abstract |
5-8 |
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第一章 绪论 |
8-14 |
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1.1 两轮不平衡机器人的发展现状及研究意义 |
8-10 |
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1.1.1 发展历程 |
8-9 |
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1.1.2 研究现状 |
9-10 |
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1.2 系统总体概述 |
10 |
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1.3 变结构控制器简介 |
10-12 |
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1.4 论文的研究内容及结构安排 |
12-14 |
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第二章 系统建模与结构优化 |
14-28 |
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2.1 系统建模与仿真 |
14-22 |
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2.1.1 建立数学模型 |
15-20 |
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2.1.2 系统模型仿真 |
20-22 |
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2.2 模型结构优化 |
22-27 |
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2.1.1 系统模型分析 |
22-23 |
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2.2.2 结构即参数优化 |
23-26 |
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2.2.3 数学模型的边界分析 |
26 |
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2.2.4 系统运动学建模 |
26-27 |
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2.3 本章小结 |
27-28 |
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第三章 相关变结构理论基础 |
28-44 |
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3.1 滑模变结构理论 |
28-39 |
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3.1.1 变结构理论的基本概念 |
28-30 |
|
3.1.2 趋近律理论 |
30-32 |
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3.1.3 滑动模态稳定性 |
32-34 |
|
3.1.4 抖振问题 |
34-39 |
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3.2 变结构控制系统的设计 |
39-43 |
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3.2.1 设计变结构控制器的一般步骤 |
39 |
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3.2.2 设计变结构系统需要解决的问题 |
39-43 |
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3.3 本章小结 |
43-44 |
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第四章 变结构控制器设计与仿真 |
44-72 |
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4.1 零极点配置与仿真 |
44-49 |
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4.1.1 状态反馈矩阵的求取 |
44-46 |
|
4.1.2 最小阶状态观测器设计 |
46-48 |
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4.1.3 带观测器的状态反馈控制系统 |
48-49 |
|
4.2 变结构控制抖振本质的研究 |
49-56 |
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4.2.1 关于抖震的原因分析与消震研究 |
49-51 |
|
4.2.2 关于抖振与控制输入关系的研究 |
51-55 |
|
4.2.3 关于滑动面的讨论 |
55-56 |
|
4.3 控制系统状态运动的分解 |
56-63 |
|
4.3.1 关于便结构控制鲁棒性和抖动的关系分析 |
56-60 |
|
4.3.2 控制输入功能分解 |
60-61 |
|
4.3.3 扰动加速度的分离方法 |
61-63 |
|
4.4 位置控制与平衡控制的分离 |
63-66 |
|
4.4.1 姿态平衡运动控制 |
63 |
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4.4.2 分离控制效果仿真 |
63-66 |
|
4.5 变结构控制器设计 |
66-71 |
|
4.5.1 滑动面设计 |
66-67 |
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4.5.2 控制 U 的求取 |
67-68 |
|
4.5.3 变结构控制优化仿真与分析 |
68-71 |
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4.6 小结 |
71-72 |
|
第五章 机器人系统的物理实现 |
72-78 |
|
5.1 两轮不稳定载体的总体结构 |
72-74 |
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5.2 载体的驱动及传感器系统 |
74-76 |
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5.2.1 驱动单元 |
74-76 |
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5.2.2 倾角传感器 |
76 |
|
5.3 计算机控制系统 |
76-78 |
|
结束语 |
78-82 |
|
致谢 |
82-84 |
|
参考文献 |
84-86 |
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研究成果 |
86 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.382687 |
