多关节机器人驱动系统协调控制

发布时间：2024-01-14 16:12

　　机器人关节驱动系统是一个复杂的、强耦合的非线性系统,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有结构简单、准确度高以及运行可靠性高而被选为机器人关节驱动系统的驱动电机。本课题将机器人驱动系统分为动态和稳态两个过程进行控制,分别设计信号和能量控制器,选取协调控制策略,设计机器人关节驱动系统协调控制器。第一,首先对本课题的研究目的和意义做了介绍,对机器人及永磁同步电机的国内外研究现状做出了简单介绍。推导机器人运动学、逆运动学、动力学方程以及对PMSM建立数学模型。第二,针对机器人驱动系统控制性能不佳的问题,采用滑模控制作为系统动态过程控制器,选用端口受控哈密顿(Port-controlled Hamiltonian,PCH)控制对稳态过程进行控制。提出协调控制策略,设计滑模与PCH协调控制,让两种方法分别在不同的时间段起到主要的控制作用,克服两种控制器单独控制时存在的缺点。仿真结果表明,协调控制能够兼具两种控制器的优点,并克服各自单独控制存在的不足。第三,针对如何将驱动电机和机器人动力学结合起来控制问题,设计机器人动力学比例微分(Pro...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 本课题的研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 机器人及永磁同步电机国内外发展现状
        1.2.2 机器人控制策略与研究现状
        1.2.3 PMSM控制策略与研究现状
    1.3 本课题章节安排
        1.3.1 主要研究内容
第二章 机器人及永磁同步电机数学模型
    2.1 机器人模型
        2.1.1 机器人动力学模型
        2.1.2 关节机器人运动学、逆运动学模型
    2.2 PMSM数学模型
        2.2.1 坐标变换
        2.2.2 d-q坐标系永磁同步电机(PMSM)数学模型
    2.3 本章小结
第三章 机器人关节驱动系统滑模和哈密顿协调控制
    3.1 滑模控制器设计
    3.2 哈密顿控制器设计
    3.3 协调控制策略
    3.4 仿真结果分析对比
    3.5 本章小结
第四章 机器人关节驱动系统PD与哈密顿协调控制
    4.1 内环控制器设计
        4.1.1 反步控制器设计
    4.2 外环控制器设计
        4.2.1 PD控制器设计
        4.2.2 哈密顿控制器设计
        4.2.3 协调控制策略
    4.3 仿真结果分析对比
    4.4 本章小结
第五章 带有负载转矩观测器机器人关节驱动系统协调控制
    5.1 负载观测器设计
    5.2 控制器设计
        5.2.1 带有观测器的第i关节机器人关节驱动系统协调控制设计
        5.2.2 带有观测器的机器人关节驱动系统反步控制器设计
        5.2.3 带有观测器的机器人驱动系统协调控制设计
    5.3 稳定性分析
    5.4 仿真结果分析对比
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢



本文编号：3878545