基于自抗扰的Delta机构轨迹跟踪控制

摘要

Delta机器人承载能力强，驱动安装简单，能够快速运动，被广泛的应用在食品、药品、电子等行业。Delta机构是一个耦合性很强的并联机构，建立精确地动力学模型比较困难，控制效果不是很理想。针对Delta机构的轨迹跟踪，结合前人的研究成果和自抗扰控制技术，对其进行优化，丰富了Delta机器人控制算法，为其产业发展提供了一定的理论支持。　　构造了 Delta 机构的几何模型，利用修正的 G-K 公式，求得它的自由度。对其结构进行适当的化简，进行运动学分析，获得它的位置正解和位置逆解，使用MATLAB和ADAMS进行验证。最终获得了Delta机构的雅可比矩阵和工作空间。　　利用虚功原理建立了Delta机构的动力学模型，考虑到从动臂的复杂性，对其进行简化，得到了简化后的动力学模型。　　基于简化后的Delta机构动力学模型，利用自抗扰控制技术对其进行轨迹跟踪控制。分别利用自稳定域的方法和李雅普诺夫函数对扩张状态观测器和闭环控制器进行稳定性分析。使用Simulink和ADAMS搭建联合仿真平台，与PID控制进行对比。　　对扩张状态观测器进行适当改造，获得了降阶扩张状态观测器，从而简化了参数调节的过程。考虑到超调依旧比较大，把线性控制器改为非线性控制器。利用李雅普诺夫函数给出了观测器和控制器的收敛性证明。通过搭建一个联合仿真平台，与传统的自抗扰控制方法进行对比，验证了该控制方法的优越性和有效性。

目录

声明

第 1章绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2课题研究现状

1.2.1 Delta机构的运动学研究现状

1.2.2 Delta机构的动力学研究现状

1.2.3 Delta机构的控制策略研究现状

1.2.4 自抗扰控制理论简介

1.3本文的主要研究内容

第 2章Delta机构的运动学分析

2.1引言

2.2 Delta机构自由度分析

2.2.1 Delta机构介绍

2.2.2 Delta机构自由度计算

2.3 Delta机构运动学正反解

2.3.1 Delta机构反解

2.3.2 Delta机构正解

2.4 Delta机构运动学正反解验证

2.4.1 反解验证

2.4.2 正解验证

2.5 Delta机构雅克比矩阵

2.6 Delta机构加速度关系

2.7 Delta机构的工作空间

2.8本章小结

第 3章Delta机构的动力学建模

3.1引言

3.2基于虚功原理的动力学方程

3.3 Delta机构动力学建模

3.4 Delta机构的惯性矩阵

3.5动力学模型的简化

3.5.1 惯性矩阵的简化

3.5.2 重力项的简化

3.6本章小结

第 4章基于自抗扰的Delta机构轨迹跟踪控制

4.1引言

4.2 Delta机构的状态空间表达式

4.3自抗扰控制算法

4.3.1 跟踪微分器的设计

4.3.2 扩张状态观测器的设计

4.3.3 扩张观测器收敛性证明

4.3.4 线性误差反馈控制器

4.4 Delta机构的解耦

4.5 Simulink仿真验证

4.6 Simulink和ADAMS联合仿真

4.7本章小结

第 5章基于降阶ESO的Delta机构轨迹跟踪控制

5.1引言

5.2基于降阶ESO的自抗扰控制算法

5.2.1 降阶扩张状态观测器

5.2.2 非线性误差反馈控制器的设计

5.3 Simulink仿真验证

5.4 Simulink和ADAMS联合仿真

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢