收藏本站
《武汉理工大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Research on Optimal Preview Control for Object Trajectory Tracking

MOHAMMED MOHAMMED SALEH ALL-BAIL  
【摘要】:最优预见控制(OPCM)是一种新的控制理论,在工程技术领域有着广泛应用。预见控制利用未来信息改善轨迹跟踪性能、抑制十扰。最优预见控制已经成功的应用于工程技术领域,如汽车主动悬挂、火电机组负载控制等。基于最优预见控制理论,很多学者在各自应用领域提出了相应的控制算法,但在轨迹跟踪方面研究与应用的文献还比较少。本学位论文旨在基于最优预见控制原理设计一种空间轨迹跟踪算法实现高精度轨迹跟踪或路径控制。 尽管通过使用未来信息来追踪控制的预见理论在上世纪六七十年代已被广泛研究,但是其在伺服控制系统领域的应用还没有得到足够的关注,而伺服控制系统领域是用于现代工业过程的最重要的技术之一,并将引起工业过程的发展以及提高工业产品的准确性和效率。OPCM是一种有效的方法。给予OPCM设计的控制系统,不仅保持了系统的良好性能,并且可以满足控制系统的性能需求。系统的状态是一些变量的集合,这些变量和输入方程的值,以及动力学方程将提供出系统的将来状态和输出。当可预见参考信号时,即参考信号的一些有限的未来值和当前以及过去的值在每个时间步长上是可用的,预见控制可提高被控对象的瞬态性能。对于最优预见轨迹系统的综合,一些关于最优伺服系统二次方程的性能指标已经被引进。控制定律在预见时间间隔内被包含控对象状态反馈和参考信号的前馈。 现已使用最优预见控制和保留伺服机的约束设计了一种控制器来追踪参考轨迹。控制设计过程包括线性化和离散化伺服系统模型以及预览增益序列是通过解决最优化问题来计算得出的,使用该增益可降低高度误差。预见长度可以调节使之与追踪装置一致。在预见控制方案中,当追踪真实日标信号时,系统可以充分开发目标信号已知的将来信息的优势。预追踪方案仅仅用在目标轨迹的将来信息是可以获得的情况下,否则预追踪方案是不可行的。控制方法包括了在预见时间间隔内来自被控对象的反馈和参考信号的前馈。预控制器是一种使用目标信号以及设计过程中干扰的未来信息的控制器。通常来说OPCM是建立在误差,目标信号和真实轨迹之间的差异的基础上的。OPCM可以有效控制输入多输出(MIMO)系统。 为了能直观的研究出有效预见控制的步数,需要计算最优预见控制系统中评价函数的值,并将其与其他伺服系统的控制函数的值做比较。通过比较,我们可以得出结论:当预见步数为零时,那么就不需要前向补偿。然而,这样的控制系统只是最优控制系统(OCS),却不是最优预见控制系统(OPCS)那就是说,最优控制系统(OCS)是最优预见控制系统的预见步数为零时的特殊情况。当预见步数增加时,评价函数的值也会增加,同时,最优预见系统的评价函数值将降低,降低了跟踪的误差值,使系统具备更好的跟踪性能。当预览步数增加到某个值时,评价函数减少值小到可以忽略,也就是说,在预览步数增加到某个值时,继续增加将毫无意义。因为它不再影响预见控制而同时计算机的成本将变高。由此可可见,评价函数值需慢慢降低,最后收敛为一个定值。所以较长远的未来信息将对评价函数的值造成较小的影响,而能造成影响的则是反馈系统的特征值,确切的说,如果系统的响应速度快,接近未来信息就够了,反之如果系统的响应速度缓慢,它需要更多的未来信息。 本论文将通过仿真与实验对控制系统进行轨迹跟踪的理论研究。使用通用控制器UMAC,在预见控制方法的基础上取得3轴伺服系统的良好的跟踪性能。本文的主题是基于最优预见控制方法研究和设计空间物体轨迹跟踪控制器,并将其应用于伺服系统上。论文由三部分组成。第一部分我们将建立一个精确的数学模型,第二部分将通过MATLAB仿真软件进行仿真,第三部分是实验工作,在先前研究的基础上,提供了一种轨迹跟踪控制算法,构建了一个实验用来实现轨迹跟踪并建立其数学模型,然后进行数学仿真分析,最后将仿真结果应用于实验研究。该实验装置。该实验装置需要最好的运动控制器为核心,以伺服电机为驱动机构的精确定位平台,同时具有强大的实时和联系性能,强大的硬件和软件功能使其有更加广泛的应用,通过对3轴运动平台控制验证所提出的空间目标轨迹跟踪算法,实验结果研究证明算法是有效的。 本论文内容涉及最优预见跟踪控制算法的基本原理分析、仿真、实验模型的建立以及算法可行性的实验研究,分析了日标轨迹跟踪控制最优预见的发展和前景。本篇论文综合以往的研究:给出了一个空间物体的轨迹跟踪控制算法;构造一个用于实现轨迹跟踪的实验系统,建立了其数学模型;利用控制算法进行仿真分析,最后进行实验研究,得出以下结论:通过对算法的仿真研究得出最优预见控制算法是有效的,但也表明,除了有在建立实验模型过程中发生了偏差,最优预见跟踪控制算法在线性空间理论方面已经非常成熟。通过实验分析证实了仿真和实验证实了最优预见控制是一种有效的跟踪控制算法。对伺服系统来说,与最优控制方法相比,最优预见控制方法能有效提高相位响应。一日获得取决十控制系统活动的未来信息,我们将能够计算出评价功能。未来信息对决定人的行为方面具有重要意义,它代表了“前馈思维”
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP13;TP391.9

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 李益国,沈炯,王培红,韩宇,吕震中;基于单向解耦的火电机组负荷最优预见控制方法[J];动力工程;2004年05期
2 张维海;广义代数Riccati方程和最优调节器的研究[J];控制理论与应用;2003年04期
3 罗希平,田捷,林瑶;一种基于主动轮廓模型的医学图像序列分割算法(英文)[J];软件学报;2002年06期
4 刘少军,钟掘,郭淑娟,末松良一;最优预见控制设计及在汽车主动悬架控制中的应用[J];中南工业大学学报;1997年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵涓涓;纪国华;强彦;成树岗;;基于分层模版种子点的分水岭分割孤立性肺结节的方法[J];清华大学学报(自然科学版);2014年07期
2 马国强;马吉飞;郭鹏;宋志恒;于娜;;改进的医学CT图像K-均值聚类分割算法的实现[J];天津农学院学报;2013年04期
3 刘光明;苏为洲;;具有乘性噪声的线性离散时间随机控制系统综述[J];控制理论与应用;2013年08期
4 朱文涛;;单元机组协调控制系统发展与应用[J];科技风;2012年09期
5 刘燕杰;卢振泰;冯前进;陈武凡;;基于KL距离加权和局部邻域信息的CV模型[J];电子学报;2011年06期
6 王方;;医学图像感兴趣区域(ROI)的分割三维重建算法研究[J];科技创新导报;2011年06期
7 张贵英;张先杰;;医学图像分割技术研究[J];医学信息(上旬刊);2011年01期
8 常学锋;颜雁;高长斌;师为礼;刘国辉;;基于最大熵和改进PCNN的医学图像自动分割算法研究与实现[J];现代生物医学进展;2010年16期
9 龚齐斌;潘维加;王玉波;;单元机组协调控制系统的发展和展望[J];自动化与仪器仪表;2009年05期
10 王敏琴;韩国强;涂泳秋;;基于形变模型的医学图像分割综述[J];医疗卫生装备;2009年02期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 刘翔,姜学智,李东海,万静芳,薛亚丽;火电单元机组机炉协调自抗扰控制[J];控制理论与应用;2001年S1期
2 张维海;随机系统能稳性的一个注记(英文)[J];工程数学学报;2000年01期
3 沈炯,金林,陈来九;火电单元机组负荷最优预见控制系统仿真研究[J];中国电机工程学报;1999年03期
4 刘少军,郭淑娟;高速ON/OFF电磁阀在汽车主动控制悬架系统中的应用[J];中南工业大学学报;1996年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨振兴;;蹴鞠训练中落球点轨迹跟踪方法研究[J];太原师范学院学报(自然科学版);2019年01期
2 邓伟;刘平;李贻斌;宋锐;;基于模型预测控制的排爆机器人轨迹跟踪算法研究[J];仪器仪表学报;2016年S1期
3 谭冠政,蒋建敏;机器人精确轨迹跟踪的一种新算法[J];湘潭大学自然科学学报;1989年02期
4 郑载满;黄家喜;;采用滑模变结构控制的轨迹跟踪伺服系统[J];黑龙江自动化技术与应用;1989年03期
5 吕健;吕学勤;;焊接机器人轨迹跟踪研究现状[J];机械制造文摘(焊接分册);2017年01期
6 张永华;杜煜;张汇;杨硕;杜晨;;基于惯导航向角的智能车几何轨迹跟踪算法[J];北京联合大学学报;2017年04期
7 龙也;谢博文;王小钊;;一种具有普适性的机器人行走任意轨迹跟踪算法[J];科协论坛(下半月);2010年03期
8 徐兴;卢山峰;陈龙;蔡英凤;李勇;;基于差动和自主转向协调的分布式驱动无人车轨迹跟踪[J];汽车工程;2018年04期
9 池瑞楠,胡跃明,胡终须;基于解耦控制的非完整移动机器人实时轨迹跟踪[J];机器人;2001年03期
10 王吉豪;陈奎;王顺;蒋梦;渠敬智;;基于机器视觉的位置感知与轨迹跟踪的研究[J];工业控制计算机;2018年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈力;;空间机器人末端抓手相对运动轨迹跟踪的自适应控制[A];2001年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2001年
2 雷鸣;王月娟;蒋平;;视觉引导的机器人轨迹跟踪路径规划的一种新方法[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
3 吕达;苏浩秦;;AUV设定航迹跟踪问题的研究[A];北京力学会第二十四届学术年会会议论文集[C];2018年
4 郑洪丽;刘春芳;巩星宇;;麦克斯韦快刀伺服系统预测滑模控制研究[A];第十五届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2018年
5 冯驰;徐冉;;水下潜器垂直运动轨迹跟踪研究[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年
6 毛行静;陈力;;漂浮基空间机械臂末端爪手惯性空间轨迹跟踪的改进滑模变结构控制方案[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 于潇雁;陈力;;基于线性观测器的自由飘浮柔性空间机械臂关节轨迹跟踪鲁棒控制及弹性振动抑制[A];第三届海峡两岸动力学、振动与控制学术会议论文摘要集[C];2013年
8 郭益深;陈力;;漂浮基双臂空间机器人关节轨迹跟踪的拟增广自适应控制[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
9 韩晋;;基于EKF-PHD滤波器的多目标轨迹跟踪研究[A];中国造船工程学会电子技术学术委员会2017年装备技术发展论坛论文集[C];2017年
10 肖勇全;赵菊;赵吉刚;;供热网系统可靠度评价函数研究[A];全国暖通空调制冷2006年学术年会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 本报记者 李芃达;你的下一个朋友或许就是机器人[N];经济日报;2017年
2 本报记者 曾诗阳;机器人大会上的“明星”[N];经济日报;2018年
3 谭彦叙 王帝;沈阳沈北分局网上“四战法”见成效[N];人民公安报;2009年
4 MEB记者 崔宏薇;热闹开场 众商齐聚SNEC 2012[N];机电商报;2012年
5 叶祝颐;GPS防“公车私奔”不如减少公车[N];青岛日报;2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 MOHAMMED MOHAMMED SALEH ALL-BAIL;[D];武汉理工大学;2011年
2 李振才;松软地形下六轮星球车运动建模及跟踪控制研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
3 刘宗伟;矿用水平钻机钻孔轨迹测量与跟踪方法研究[D];太原理工大学;2018年
4 梁西昌;救援机器人冗余液压机械臂运动学分析及轨迹跟踪控制方法研究[D];山东大学;2018年
5 邓伟;履带式排爆机器人的路径规划和轨迹跟踪研究[D];山东大学;2018年
6 王仲民;移动机器人路径规划及轨迹跟踪问题研究[D];河北工业大学;2006年
7 张鑫;移动机器人导航中的轨迹跟踪与群集运动控制研究[D];长安大学;2012年
8 叶锦华;不确定非完整轮式移动机器人的运动控制研究[D];华南理工大学;2013年
9 刘庆波;水平运动的欠驱动机器人运动规划与控制研究[D];北京工业大学;2009年
10 张远辉;基于实时视觉的乒乓球机器人标定和轨迹跟踪技术研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘峰;三维空间任意目标轨迹跟踪最优预见控制的研究[D];武汉理工大学;2003年
2 刘岳国;载人航天发射上升段飞行轨迹融合方法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
3 霍宏伟;基于多平台联合探测的巡航导弹机动段轨迹跟踪方法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
4 王婷;基于web的轨迹数据可视化研究与实现[D];湖南大学;2018年
5 崔祥坡;智能轮毂驱动电动汽车底盘综合运动控制策略研究[D];吉林大学;2018年
6 吴俊丽;基于单目视觉的无人驾驶汽车轨迹跟踪控制系统研究[D];长安大学;2018年
7 王明亮;基于改进MPC的无人车轨迹快速跟踪算法研究与实现[D];长安大学;2018年
8 刘勇;无人艇轨迹跟踪控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
9 刘开展;基于物体检测与光流计算的多目标速度估算与轨迹跟踪[D];哈尔滨工业大学;2018年
10 李真;水下管线自动跟踪式ROV的设计及研究[D];大连理工大学;2018年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026