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《武汉理工大学》 2007年
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轨迹跟踪鲁棒最优预见控制及其实验研究

龚建  
【摘要】: 最优预见跟踪控制算法是一种综合利用过去、现在以及将来信息的控制方法。它具有较高的轨迹跟踪精度,一定的鲁棒性以及比较理想的响应速度、稳定性。本文完整的展示了以最优预见控制理论为基础,从最优预见跟踪控制算法的推导,到实验系统的构建,到实验系统模型的建立,再到控制算法的仿真及实验研究这一过程。本文首先详细地推导了线性系统的最优预见基本理论,采取将空间目标轨迹分解成各个轴方向上分别跟踪的方法,给出了一种空间目标轨迹跟踪控制算法,它运用扩大的误差系统作为状态变量,在性能评价函数当中综合考虑跟踪误差和控制输入的变化量,并利用目标轨迹的未来信息作为前馈补偿,这些措施使得算法精确、有效、实用。在前人研究的基础上,将最优预见控制与鲁棒控制理论结合起来作了一定的研究。本文还讨论了最优预见控制设计方法的关键技术,即预见步数的选取问题,推导了预见步数与性能评价函数间的关系,并给出了预见步数的选取方法。 文章通过将目标轨迹进行分解,然后分别加以跟踪控制的方法来研究最优预见控制算法的实用性,所以在随后的研究当中构建了一套跟踪控制实验系统。该系统以多轴运动控制器为核心,执行机构则采用伺服电机驱动高精度定位平台来实现。这些措施使得系统具备较强的联动性能,并具备快速的响应速度和较高的执行精度,为实验分析提供了很好的物质支持。在实验系统设计完成之后,在理论分析和实验基础上建立了它的数学模型。并对该数学模型运用所给出的轨迹跟踪控制算法进行仿真研究,仿真结果表明该算法是有效的。但同时仿真过程也暴露了它不够完善的地方在于算法运用之前涉及的一系列参数初始化问题。这些数值的准确与否对实验结果有着直接影响,这就对算法在实际当中的运用会产生较大的阻碍作用。最后将仿真分析的结果作为系统的输入进行了实验研究。对实验结果的分析表明,将最优预见跟踪控制算法运用在制造要求不是很高的场合是完全可靠的。结果也清楚的表明我们所作的控制算法仿真研究与实验研究有一定的偏差,本文对其产生的原因一一作了分析,所以我们还需加强最优预见跟踪控制算法的应用研究,理论与实践的结合才会体现出强大的生命力。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP273.5

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