新型壁面清洗机器人的动力学分析及其最优控制

摘要

该文综述了壁面移动机器人的现状及其优缺点,提出了新的壁面清洗机器人的设计方案.在方案中首先涉及到双线摆的空间摆动与控制问题,因此该文从分析动力学入手,建立了双线摆的运动微分方程.由于它具有强耦合性和强非线性,很难求出解析解,因此又将双线摆模型进一步简化成为球面摆模型,并建立了相应的数学模型.虽然刘维对球面摆进行过研究并成功地得到了积分形式的解,但是这些积分一般只能用数值方法求得,这对于下一步进行的关于摆锤控制的理论分析没有什么意义.该文根据方案中遇到的主要工况将球面摆的数学模型进一步简化为两个主运动方向上的摆动的运动微分方程,简化结果与单摆的数学模型一致,得到了摆锤在相对坐标中摆角的变化规律.

目录

文摘

英文文摘

第一章概论

§1-1问题的引入

§1-2发展现状

§1-3对现有机型的评述

第二章设计方案

§2-1壁面清洗机器人设计面临的几个技术难点

§2-2设计思路

§2-3设计方案

第三章理论基础

§3-1分析力学理论基础

3.1.1力学系统的约束条件及自由度

3.1.2广义坐标、广义速度和广义加速度

3.1.3动力学普遍定理

3.1.4拉格朗日方程

§3-2最优控制理论基础

3.2.1最优控制的一些概念

3.2.2有限时间时变状态调节器

3.2.3有限时间时变输出调节器

第四章悬吊部分的数学模型及其动力学分析

§4-1引言

§4-2物理模型的进一步简化

§4-3数学模型的建立

4.3.1无阻尼自由摆振模型

4.3.2有阻尼自由摆振模型

4.3.3强迫摆振模型

第五章对运行小车的最优控制

§5-1引言

§5-2状态方程

§5-3最优控制律U*(T)的求取

结语

致谢

参考文献