机械手的迭代学习控制研究

摘要

随着计算机技术的发展，自动化生产进程和机器人技术得以深入推进和研究，自动化程度较高的机械手应用于生产中各个环节。机械手在生产中的使用，不仅降低了企业生产成本，而且还能提高产品质量。因此，设计一个合适的控制系统，对于像机械手这类具有高度非线性并且难建模的控制对象具有重要的意义。
　　为了研究设计低成本、高性能的机械手运动控制系统，本文在对机械手及其控制理论发展进行分析与研究的基础上，提出PC与STM结合的运动控制方案。以STM32微控制器为核心，对机械手运动控制模块进行软硬件设计。
　　本文在对国内外气动机械手研究总结的基础上，借助实验室三自由度机械手为研究平台，对机械手伺服控制系统进行分析，对伺服系统中比例伺服阀流量的非线性和气缸摩擦特性和爬行特性进行了分析，总结了其对系统非线性及系统性能的影响，在此基础上，给出相关的非线性补偿技术。其次，根据特性要求，建立机械手伺服系统的数学模型，并通过该模型进行分析系统参数变化对系统特性的影响，并提出校正控制系统的动态性能的方法。
　　机械手本身是非线性、时变性系统，在实际使用过程中具有往复运动特点。通过研究，迭代学习控制对重复运动的控制系统对象有效，对于非线性、时变性、不确定性等问题的控制系统，具有较好的控制效果。本文通过实例，验证了迭代学习控制运用于本系统的可行性，并对其收敛性进行验证。在Matlab中，通过Sinulink建立迭代学习控制模型，进行迭代学习控制对比仿真分析。本文比较了D型迭代学习、改进D型迭代学习和PD型迭代学习控制的收敛性，得出PD型迭代学习控制对本系统具有较好的控制精度和收敛性。
　　最后对本文的研究工作进行了总结，并展望了未来的研究趋势和要点。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 机械手在国内外发展现状

1．3 机械手的控制研究综述

1．4 本文研究主要内容

第二章 机械手迭代学习控制基础

2．1 迭代学习控制的基本思想

2．2 迭代学习控制的算法

2．2．1 D型迭代学习控制算法

2．2．2 改进D型迭代学习控制律

2．2．3 改进D型算法收敛性分析

2．3 机械手迭代学习的研究设想

第三章 机械手的迭代学习控制研究

3．1 机械手的组成

3．1．1 运动控制系统缩构

3．1．2 电源电路设计

3．1．3 串口通信电路设计

3．1．4 电机控制驱动电路设计

3．1．5 检测反馈电路设计

3．2 机械手伺服控制系统建模

3．2．1 机械手伺服控制系统的组成

3．2．2 机械手伺服系统的数学模型

3．3 机械手伺服系统特性分析

3．3．1 运行参数对系统特性的影响

3．3．2 系统动态性能的调节

第四章 系统仿真研究

4．1 闭环PD型迭代学习控制算法

4．2 仿真结果分析

4．2．1 机械手单自由度迭代学习控制

4．2．2 机械手两自由度迭代学习控制

4．3 本章小结

第五章 机械手迭代学习控制的实验验证

5．1 引言

5．2 实验平台设计

5．2．1 STM32F4系列控制芯片

5．2．2 伺服电机及驱动器

5．3 软件设计

5．4 实验结果

第六章 总结与展望

6．1 研究工作总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢