双关节机械手干扰观测器的设计及其控制仿真.docx

摘要：通过引入干扰观测器，可较好地表示被控对象的不确定性和外加干扰，从而通过估计值去抵消它的干扰。比较了PID控制与基于干扰观测器控制的优缺点，然后再就双关节机械手具体设计了干扰观测器，用状态空间分析法表示双关节机械手的干扰观测器和动力学模型，用Simulink 中的S-函数搭建仿真模型文件、改进观测器调节，并搭建总体的仿真模型文件，双关节机械手是机器人应用中常用部件之一，对其进行稳定的控制是确保机器人正常工作的重要前提。最后还通过引入非线性干扰观测器，可以获得一种同时考虑库伦摩擦和粘性摩擦的PD控制器。本设计首先对双关节机械手进行动力学建模，对双关节机械手的控制方案进行方案研究，运行仿真模型文件，对系统进行求解，得到仿真结果。

关键字：干扰观测器;双关节机械手;S函数；Simulink建模；控制

目录

摘要

Abstract

1、绪论-1

1.1课题研究的背景和意义-1

1.2双关节机械手的发展-2

1.3双关节机械手控制方法-3

1.4干扰观测器的结构和控制-4

2、双关节机械手常用PID控制方法-6

2.1基本的PID控制方法-6

2.2 PID控制的改进方法-7

2.3 PID控制的实现-7

3、双关节机械手的数学建模-9

3.1问题描述-9

3.2双关节机械手的动力学方程-10

3.3拉格朗日方程-11

3.4双关节机械手的数学模型-12

4、状态空间分析与建立-13

4.1 状态、状态空间-13

4.2 状态方程的线性变换-13

4.3 线性系统的能控性和能观性-14

4.4 状态方程的求解-14

5、S函数的建立-16

5.1、S函数的简述-16

5.2 S函数的建立-16

6、干扰观测器的设计-17

6.1问题描述-17

6.2扰动观测器设计-17

6.3非线性干扰观测器设计-18

6.4干扰观测器的设计以及稳定性分析-20

7、双关节机械手干扰观测器的设计-22

7.1双关节机械手干扰观测器的设计-22

7.2 双关节机械手干扰观测器的设计和稳定性分析-24

8、仿真-26

9、结论和展望-28

参考文献-29

致 谢-30

附 录-31