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多阶段最优任意时延鲁棒成形控制研究

作　者: 杨敏
导　师: 刘克平
学　校: 长春工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 振动控制输入成形多阶段最优任意时延鲁棒成形器自适应控制
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

柔性机械臂、返回式卫星、空间飞行器、工业起重机、硬盘驱动头定位器等系统中,都含有柔性环节,其在运动或执行任务过程中会产生变形并引发残余振动,导致系统控制精确性和稳定性降低,影响控制效果。因此,柔性系统振动抑制成为控制领域的一项研究热点。输入成形技术是一种简单、有效的抑制柔性系统残余振动的前馈控制方法。该方法考虑了系统振动的物理特性和振动特性,将期望输入信号与一系列脉冲信号相卷积进行命令预成形,使振动模态在系统的输入信号中不被激励,从而从根本上消除系统的振动。在近二十年来,基于输入成形技术的振动控制方法获得了良好的控制效果,得到了国内外学者的广泛研究。本文首先综述了输入成形技术的发展历程和研究现状；在研究了输入成形技术基本理论的基础上,给出了典型输入成形器,如零振动成形器(Zero Vibration,ZV)、零振动加微分成形器(Zero Vibration and Derivative, ZVD)、极不灵敏成形器(Extra Insensitive,EI)等的设计过程；通过绘制敏感曲线分析比较了各典型输入成形器的鲁棒性强弱,指出将ZV成形器进行多次卷积可以设计鲁棒性更强的高阶鲁棒输入成形器。同时,随着卷积次数的增加,也使系统延时时间增大。其次,根据高阶鲁棒成形器的设计原理,本文将最优任意时延滤波器(Optimal Arbitrary Time-delay Filter, OATF)进行卷积,提出了多阶段最优任意时延鲁棒输入成形(Multi-stage Optimal Arbitrary Time-delay Filter, MOATF)控制算法,可以任意指定延时时间且不依赖于系统参数。对不同延时条件下MOATF与ZVDD、MOATF与OATF进行了仿真实验,仿真结果表明,MOATF振动控制效果良好,鲁棒性较强。最后,本文提出了一种基于零／极点对消方法的自适应鲁棒输入成形器(Adaptive Input Shaping, AIS),给出了其设计过程,并通过对一类具有参数不确定性的典型二阶振荡系统进行仿真实验。实验结果表明,该方法结合了自适应控制和输入成形器两者的优点,能有效地跟踪系统参数变化,实时改变自适应鲁棒输入成形器的参数,振动抑制效果明显。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章绪论  6-14
  1.1 课题研究背景及意义  6-10
  1.2 输入成形技术研究现状  10-12
  1.3 输入成形技术未来研究方向  12
  1.4 章节安排  12-14
第二章输入成形技术基本理论  14-26
  2.1 输入成形原理  14-16
  2.2 典型输入成形器设计  16-25
    2.2.1 ZV输入成形器设计  16-17
    2.2.2 鲁棒输入成形器设计  17-18
    2.2.3 EI输入成形器设计  18
    2.2.4 典型输入成形器的鲁棒性分析  18-20
    2.2.5 SI输入成形器设计  20
    2.2.6 基于零—极点配置输入成形器设计  20-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章多阶段最优任意时延鲁棒成形器  26-39
  3.1 多阶段最优任意时延鲁棒成形器设计  26-28
  3.2 多阶段最优任意时延鲁棒成形器仿真研究  28-37
    3.2.1 MOATF控制效果分析  29-31
    3.2.2 总延时相同时MOATF与ZVDD的鲁棒性分析  31-34
    3.2.3 单阶段延时相同时MOATF与OATF的鲁棒性分析  34-37
  3.3 本章小结  37-39
第四章自适应鲁棒输入成形器  39-46
  4.1 自适应逆控制概念及原理  39-40
  4.2 自适应鲁棒输入成形器设计  40-42
  4.3 自适应鲁棒输入成形器仿真研究  42-45
  4.4 本章小结  45-46
第五章全文总结  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-53
作者简介  53
攻读硕士学位期间研究成果  53-54

多阶段最优任意时延鲁棒成形控制研究

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