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平面闭链欠驱动机构中的混沌及控制研究

作　者: 覃玉祝
导　师: 谢进
学　校: 西南交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 混沌 Simulink 欠驱动机构线性负反馈混沌控制
分类号: TH112
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 48次
引　用: 1次
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内容摘要

混沌是指对初始条件非常敏感、在确定性系统中出现的一种貌似无规则而随机的现象。近十年来,混沌科学的研究领域涉及到自然科学和社会科学的各个方面,研究工作从对混沌现象的观察及特例的研究转向寻找各学科之间混沌行为的相互制约及内在联系,进而寻求一大类复杂问题普遍遵循的共同规律和系统方法。正是由于混沌及其控制在工程技术上的重大研究价值和极其诱人的应用前景,混沌及其控制问题已引起了国际上非线性动力系统和工程控制专家的极大关注,成了非线性科学研究的一个热点。欠驱动机构是指独立驱动器数目少于自由度数目的机构。在过去的十几年中,欠驱动机构系统的混沌分析和控制吸引了大量的研究人员。然而,闭链欠驱动机构的混沌及其控制方法的研究却不多见。为此,本文针对平面闭链欠驱动机构中的混沌及其控制方法展开研究。论文的主要研究工作如下：1、在对混沌的基本理论进行研究的基础上,探索出了一种在MATLAB环境下,对混沌动力系统进行分析的技术路线。根据系统的动力学方程,利用简单的鼠标操作,就可以建立Simulink环境下的仿真模型,设置系统仿真参数后便可进行仿真。根据仿真结果,可以画出系统的运动轨迹相图,同时,也可以利用Fourier变换得到运动的频谱图。由运动轨迹相图和运动频谱图便可以判断系统是否存在混沌现象。这种技术路线为混沌动力系统分析提供了简单、快捷的分析方法。2、对一种平面闭链欠驱动、冗余自由度为1的机构的混沌运动进行了研究。利用Largrange方法建立了机构的动力学模型,并用MATLAB进行数值仿真,得到了机构的时域波形、功率频域谱、相轨迹和Poincare映射图以及Lyapunov指数。仿真结果表明,该机构在一定条件下会出现混沌运动现象。论文重点分析了不同的输入转速对机构混沌运动的影响。研究发现不同的输入转速,机构的动力响应是不一样的,并且得到了机构混沌运动的分岔转速。3、提出了混沌系统的负反馈统一控制参数方法。在多维动力系统的控制方法中线性负反馈方法是一种比较简单而且易于实现的方法,但是,控制参数的选取却是比较困难的问题。如果将所有的控制参数设置成相同的值,利用Routh-Hurwitz的稳定性判据,便可以直接获得该参数所应满足的条件。利用这样的思路,可以将一个混沌运动的动力系统控制到一个不动点,也可以将平面闭链欠驱动机构的混沌运动控制到周期运动。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题的研究背景、目的和意义  11-12
  1.2 机构学中国内外关于混沌的研究现状及成果  12-16
    1.2.1 机构学中的混沌  12-13
    1.2.2 欠驱动机构中的混沌  13-14
    1.2.3 混沌控制研究现状  14-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-17
第2章用SIMULINK进行混沌动力系统的分析  17-27
  2.1 引言  17
  2.2 混沌的定义及特征  17-18
  2.3 混沌的识别方法  18-20
    2.3.1 相轨迹法  19
    2.3.2 Poincare映射法  19
    2.3.3 Lyapunov指数分析法  19-20
    2.3.4 功率谱  20
  2.4 基于SIMULINK的混沌动力系统的分析  20-26
    2.4.1 SIMULINK简介  20-21
    2.4.2 SIMULINK建模的流程图  21
    2.4.3 SIMULINK建模的步骤  21-22
    2.4.4 离散信号的快速Fourier变换及混沌运动频谱分析  22-23
    2.4.5 混沌系统的仿真实例  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章平面闭链欠驱动机构的混沌  27-48
  3.1 引言  27
  3.2 平面闭链欠驱动机构及其动力学建模  27-30
  3.3 机构参数及其动力响应  30-33
  3.4 输入转速对机构混沌运动的影响  33-46
    3.4.1 机构的分岔图  33-34
    3.4.2 转速为60 rad/s时的动力响应  34-37
    3.4.3 转速为120 rad/s时的动力响应  37-40
    3.4.4 转速为240 rad/s时的动力响应  40-43
    3.4.5 转速为280 rad/s时的动力响应  43-46
    3.4.6 机构动力响应及分析  46
  3.5 本章小结  46-48
第4章平面闭链欠驱动机构混沌运动的控制  48-65
  4.1 引言  48
  4.2 混沌系统的负反馈统一控制参数方法  48-50
    4.2.1 负反馈控制方法的基本理论  48-50
  4.3 控制示例1--将混沌动力系统控制到系统的不动点上  50-55
    4.3.1 混沌动力系统的描述和仿真  50-52
    4.3.2 动力系统的混沌运动控制  52-55
  4.4 控制示例2--将欠驱动平面连杆机构的混沌运动控制到周期运动  55-64
    4.4.1 平面闭链欠驱动机构混沌运动  55-59
    4.4.2 平面闭链欠驱动机构混沌运动的控制  59-64
  4.5 本章小结  64-65
总结与展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
攻读硕士期间发表论文及科研成果  72

平面闭链欠驱动机构中的混沌及控制研究

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