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基于模糊的拟人肘关节轨迹跟踪控制

作　者: 王晓波
导　师: 王洪斌
学　校: 燕山大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 拟人肘关节轨迹跟踪模糊逻辑自适应控制变增益控制预测控制遗传算法
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

仿人机器人是机器人发展的高级阶段,对其深入的研究,具有重要的理论和实际意义。拟人机械臂作为仿人机器人重要的组成部分,是一个热点研究课题,本文针对一种新型的直线电机驱动的拟人肘关节,进行了模糊辨识建模和基于模糊的轨迹跟踪控制研究。第一,研究了拟人肘关节的机构特性,采用先进的模糊辨识方法,建立其模糊模型,针对拟人肘关节进行了仿真研究;第二,针对模型未知和存在外部干扰的拟人肘关节,提出一种模糊自适应控制策略。该控制策略采用模糊系统来估计未知参数,在此基础上,结合自适应控制方法,推导出模糊自适应控制律。自适应律是基于李亚普诺夫稳定性得出的,从而保证了闭环系统的稳定性。更进一步,文中设计补偿控制项来消除估计误差,并且采用另一个模糊系统来得出可变的控制增益,从而使控制策略达到令人满意的控制性能。该控制策略对于结构不确定性和非结构不确定性都有很强的鲁棒性;第三,针对模型未知和存在外部干扰的拟人肘关节,采用模糊预测的控制策略,采用T-S模糊辨识被控对象,得到模糊模型,将模糊模型作为预测模型,然后进行预测控制,其中利用遗传算法解决非线性优化的问题,该控制策略很好地处理了约束条件和控制性能之间的矛盾。本文对所研究的控制策略都针对拟人肘关节进行了仿真研究,仿真结果验证了算法的有效性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-18
  1.1 概述  11
  1.2 仿人机器人简介  11-13
    1.2.1 仿人机器人特点  11-12
    1.2.2 仿人机器人发展历史及现状  12-13
  1.3 机器人控制研究历史及现状  13-16
    1.3.1 机器人自适应控制  13-14
    1.3.2 机器人智能控制  14-15
    1.3.3 机器人模型预测控制  15-16
  1.4 研究背景与意义  16-17
  1.5 论文工作及结构安排  17-18
第2章拟人肘关节轨迹跟踪控制理论基础  18-32
  2.1 引言  18
  2.2 模糊控制基本原理  18-25
    2.2.1 模糊控制的研究领域  18-19
    2.2.2 模糊控制的系统构成  19-21
    2.2.3 模糊辨识与建模原理  21-25
  2.3 模糊自适应控制理论  25-26
  2.4 预测控制理论  26-30
    2.4.1 预测控制的基本特征  27-28
    2.4.2 预测控制的优点和不足  28-29
    2.4.3 模糊预测控制  29-30
  2.5 遗传算法理论基础  30-31
    2.5.1 遗传算法基本原理  30-31
    2.5.2 遗传算法在优化问题中的应用  31
  2.6 本章小结  31-32
第3章拟人肘关节数学模型的模糊辨识  32-46
  3.1 引言  32
  3.2 拟人肘关节机械结构简介  32-38
    3.2.1 拟人肘关节机构分析  33-36
    3.2.2 拟人肘关节结构特点  36-38
  3.3 拟人肘关节模糊建模  38-41
  3.4 拟人肘关节模糊建模仿真  41-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章拟人肘关节模糊自适应变增益轨迹跟踪控制  46-56
  4.1 引言  46
  4.2 拟人肘关节模糊自适应轨迹跟踪控制器设计  46-53
    4.2.1 拟人肘关节模糊自适应轨迹跟踪控制器原理  46-52
    4.2.2 肘关节模糊自适应变增益轨迹跟踪控制  52-53
  4.3 仿真研究  53-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章拟人肘关节模糊预测轨迹跟踪控制  56-65
  5.1 引言  56
  5.2 肘关节模糊预测轨迹跟踪控制器设计  56-60
    5.2.1 拟人肘关节模糊预测控制原理  56-57
    5.2.2 非线性优化问题的遗传算法求解  57-60
  5.3 仿真研究  60-64
  5.4 本章小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-72
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  72-73
致谢  73-74
作者简介  74

基于模糊的拟人肘关节轨迹跟踪控制

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