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《华南理工大学》 2006年
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滑模控制理论及在移动机械臂中的应用

吴玉香  
【摘要】:滑模控制由于算法简单、响应快速、鲁棒性好、易于工程实现等优点,近年来又重新受到了控制界的重视。现今在状态估计、离散系统控制、时滞系统控制、不确定系统的鲁棒控制、自适应控制、预测控制、输出反馈控制等方面均有滑模控制理论的研究和报道。 非完整移动机械臂由于大的工作空间和灵活的操作能力而具有极好的应用前景,近年来已引起国际学术界和工业界的高度重视。该类系统是典型的高度非线性、强耦合的非完整动力学系统,其运动控制问题非常困难。加之移动机械臂动力学模型中存在的不确定性、驱动电机的参数不确定性以及外界干扰和未建模动态等因素,使得移动机械臂成为一类典型的MIMO非线性不确定系统。因此,研究这类系统的控制问题具有研究的一般性和代表性。 本文主要以滑模控制理论为基础,以非完整移动机械臂的动力学模型作为应用对象,结合Lvapunov稳定性理论、反步法、鲁棒控制、自适应控制等,针对几类典型非线性系统,给出了高性能跟踪控制器和镇定控制器的设计方法。主要的研究内容如下: 首先,针对滑模控制的“抖振”问题,给出了MIMO非线性系统的动态滑模控制一般设计方法,提出了高阶动态滑模控制方法。相对传统的滑模控制而言,动态滑模控制可以削弱、甚至消除系统控制输入的抖振,使控制易于实现;而高阶动态滑模控制不仅可以削弱、甚至消除系统控制输入的抖振,而且可以削弱系统切换时的抖振,从而提高系统的动态性能。 其次,针对滑模运动不能直接处理的非匹配不确定性和参数不确定性,本文将自适应反步法与滑模控制结合起来,为一类具有参数不确定性、输入增益不确定性和非匹配不确定性的MIMO非线性系统提出了鲁棒自适应滑模控制方法。通过在自适应反步法的最后一步加入滑模控制,对系统的不确定性进行补偿,使系统轨迹保持在指定的滑动流形上。 再次,针对包含有界参数不确定性、有界输入增益不确定性及未知但有界非线性函数的MIMO非线性系统,本文结合动态面控制方法、反步法和滑模控制提出了基于动态面控制的鲁棒反步滑模控制方法。在控制设计中,反步法用来递归设计每一步中的虚拟控制器,而每一步中的虚拟控制器以及最后的实际控制器利用滑模控制实现,这样每一步中的虚拟控制器都能对系统中的不确定性进行补偿。每一步中虚拟控制器的导数使用鲁棒滤波器来估计,从而避免了反步法中的“项数膨胀”问题。基于动态面控制的鲁棒反步滑模控制方法能很好地克服模型的不确定性,提供系统鲁棒稳定和高性能跟踪。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP13;TP241

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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3 柴华伟;某集束防空火箭炮位置伺服系统的鲁棒控制与应用研究[D];南京理工大学;2008年
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【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 史永杰;王银河;;基于模型补偿的一类非线性系统的控制设计[A];中南六省(区)自动化学会第24届学术年会会议论文集[C];2006年
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10 胡跃明;晁红敏;;基于非线性系统高阶滑模的变结构控制[A];第十九届中国控制会议论文集(一)[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 齐晓飞;基于路径识别的机器人视觉导航技术的研究[D];长春理工大学;2010年
2 许红珍;不确定混沌系统同步方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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4 陈子印;欠驱动无人水下航行器三维路径跟踪反步控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 赵海艳;陈虹;马彦;张爱春;;测量输出不确定约束系统的滚动时域状态估计[A];PCC2009—第20届中国过程控制会议论文集[C];2009年
7 郭炳庆;胡品慧;张勇;;非线性系统的变结构控制[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
8 韩清龙;俞金寿;李艳;;连续不确定性系统针对传感器故障具有完整性的鲁棒容错控制器设计[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
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7 陈浩武;长期投资者资产配置决策理论及应用研究[D];上海交通大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姜晓明;参数不确定性系统的鲁棒设计[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 关永强;参数不确定性系统的鲁棒稳定性研究[D];湘潭大学;2010年
3 陈衍峰;不确定连续系统的鲁棒保成本控制[D];哈尔滨理工大学;2007年
4 曾河华;发电机组的自抗扰PID控制[D];清华大学;2005年
5 张燕;线性离散系统的鲁棒H_∞控制[D];陕西师范大学;2006年
6 刘艺艺;两类多参数平面微分系统的全局结构分析[D];西北大学;2014年
7 陈学敏;非线性系统的模糊鲁棒控制[D];天津大学;2006年
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10 张士勇;控制系统的鲁棒容错控制研究[D];辽宁科技大学;2008年
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