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《沈阳建筑大学》 2017年
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基于滑模策略的工业机器人轨迹跟踪控制研究

赵雨  
【摘要】:随着信息化与工业化的迅速发展,人们对于自动化的要求日渐提高。而随着机械电子技术以及自动控制理论等学科的发展,机器人的功能也逐步得到了完善,并越来越多的应用在飞速发展的工业领域。工业机器人是一类非常复杂的系统,其中控制问题是机器人实现所有功能的核心,而这一核心问题的重点是轨迹跟踪控制。轨迹跟踪控制是指控制机器人的每一个关节跟踪随时间变化而变化且连续的目标轨迹,从而完成跟踪控制。正是因为系统的复杂和目标轨迹的多变,如何快速精确地实现机器人的轨迹跟踪控制具有深远的意义。本文以ABB工业机器人作为被控对象,研究了基于滑模方案的工业机器人轨迹跟踪控制算法,并应用虚拟样机技术对机器人系统进行了仿真研究。论文的主要工作内容如下:首先,通过D-H方法建立机器人各个关节轴的坐标系,利用坐标变化得到各关节间的齐次坐标,在此基础上对机器人的运动学进行分析研究。在获得机器人运动学特性之后,选用拉格朗日方程构建了机器人动力学模型,并研究了机器人动力学特征。其次,由于变结构滑模控制方案对于处理结构不确定性问题具有很强的鲁棒性,在机器人控制问题研究中具有独特的优势,所以本文采取滑模变结构策略对机器人模型进行控制研究,并利用仿真实验对控制策略分析验证。针对机器人模型具有的不确定性、外部干扰以及建模误差等问题,采用自适应算法与滑模控制策略相结合的方法,对未知参数进行辨识,消除估计误差和非参数的不确定性所带来的影响。通过设计全程滑模面,提出了全程滑模控制器。改善趋近模态的控制性能,增强系统对于不确定性的鲁棒性。同时设计了一个简单的状态观测器,通过设计的观测器来获得无法直接测量得到的状态量。最后,采用虚拟样机技术构建机器人虚拟物理模型逼近真实的机器人。通过ADAMS建立信息交互接口,构建ADAMS和MATALB联合仿真环境。在ADAMS中建立ABB机器人模型,在MATLAB中建立滑模控制算法,通过所搭建的联合仿真平台,实现联合仿真。本文利用拉格朗日方法建立机器人动力学模型,在此基础上,采用滑模控制策略设计了机器人控制器。针对在控制过程中存在的问题,通过结合滑模控制与自适应控制,以及加入状态观测器等方案,对所设计的控制器进行改善,提高了控制性能;最后,利用虚拟样机技术所建立的机器人物理模型与MATLAB进行联合仿真,验证所设计控制策略的有效性。
【学位授予单位】:沈阳建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP242.2

【参考文献】
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