欠驅(qū)動(dòng)Lagrange系統(tǒng)的同步控制.pdf

1、在當(dāng)前的生產(chǎn)生活過程中，許多任務(wù)對(duì)于單個(gè)系統(tǒng)是無法獨(dú)立承擔(dān)的，從而就需要多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)配合完成。欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是控制輸入數(shù)目少于系統(tǒng)自由度個(gè)數(shù)的控制系統(tǒng)，它廣泛存在于機(jī)器人、交通運(yùn)輸和航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。由于系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的減少，從而具有質(zhì)量輕、成本低和能量消耗少等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此研究多個(gè)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)同步控制具有很重要的意義。而欠驅(qū)動(dòng)Lagrange系統(tǒng)是所有欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的典型代表，所以本論文針對(duì)多個(gè)欠驅(qū)動(dòng)Lagrange系統(tǒng)構(gòu)成的同步運(yùn)動(dòng)系

2、統(tǒng)，研究其同步控制問題。
　　首先，基于部分反饋線性化和線性二次型最優(yōu)控制理論，設(shè)計(jì)了多個(gè)欠驅(qū)動(dòng)Lagrange系統(tǒng)的協(xié)調(diào)同步控制器?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)過程中不僅對(duì)系統(tǒng)的跟蹤誤差進(jìn)行了加權(quán)評(píng)價(jià)，同時(shí)也將同步誤差變量引入到所設(shè)計(jì)的線性二次型性能指標(biāo)函數(shù)中進(jìn)行加權(quán)調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)加權(quán)矩陣中權(quán)值項(xiàng)的大小，從而達(dá)到同時(shí)改善系統(tǒng)跟蹤性能和同步性能的目的。所設(shè)計(jì)的最優(yōu)同步控制器不僅能夠保證系統(tǒng)的跟蹤誤差有界，而且同時(shí)保證了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)同步性，通過數(shù)

3、值仿真和實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了此結(jié)論。
　　其次，應(yīng)用聚合式結(jié)構(gòu)雙層遞階滑模控制理論，設(shè)計(jì)了多個(gè)單輸入欠驅(qū)動(dòng)Lagrange系統(tǒng)的滑模同步控制律。根據(jù)系統(tǒng)的同步控制目標(biāo)，定義了系統(tǒng)的同步誤差，并結(jié)合交叉耦合控制策略定義了包含系統(tǒng)位置跟蹤誤差和同步誤差的耦合狀態(tài)變量。由耦合狀態(tài)變量設(shè)計(jì)的第一層滑模面構(gòu)造系統(tǒng)的第二層滑模面，通過設(shè)計(jì)系統(tǒng)的同步控制律，保證系統(tǒng)的軌線在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面，并沿著滑模面趨向原點(diǎn)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的

4、遞階滑模同步控制器不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)指令信號(hào)的精確跟蹤，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在運(yùn)行過程中運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)同步。
　　然后，針對(duì)兩個(gè)無輸入耦合的欠驅(qū)動(dòng)Lagrange系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的遞推反步同步控制律。采用可逆坐標(biāo)變換將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型轉(zhuǎn)化成規(guī)范形式后，定義系統(tǒng)的廣義同步誤差作為系統(tǒng)獨(dú)立的狀態(tài)變量，與欠驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)聯(lián)立設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的同步控制律。另外，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)無輸入耦合的欠驅(qū)動(dòng)Lagrange系統(tǒng)的同步控制，定義系統(tǒng)的耦合誤差狀態(tài)變量，得到系

5、統(tǒng)的耦合狀態(tài)方程，進(jìn)而采用遞推反步設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了適用于包含多個(gè)欠驅(qū)動(dòng)Lagrange系統(tǒng)的同步運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的反步同步控制律，保證了系統(tǒng)的跟蹤性能和同步性能。通過數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　最后，研究了多個(gè)欠驅(qū)動(dòng)Lagrange系統(tǒng)的無源化同步控制策略。通過設(shè)計(jì)閉環(huán)系統(tǒng)期望的能量函數(shù)，使閉環(huán)系統(tǒng)具有端口受控制哈密爾頓方程的形式，并將定義的同步誤差變量引入到所設(shè)計(jì)的閉環(huán)系統(tǒng)期望的能量函數(shù)中，采用互聯(lián)阻尼配置無源化控制方