多自由度机械臂的鲁棒自适应控制及其仿真研究.doc

摘要：  在工业领域中，通过机械臂来实现人工智能的运用已经很广泛，本次课题主要研究了多自由度机械臂的鲁棒自适应控制，多自由度属于非线性系统，比一般的线性系统要复杂一点。在本次课题设计中，要了解鲁棒性和自适应性的定义、状态空间法、李雅普诺夫稳定性分析、PID控制、simulink、S函数。本文是通过分析机械臂的受力情况，建立机械臂的动力学方程，分析系统的输入输出之间的关系，再将其转换为状态空间表达式，在matlab中编写程序，用simlink搭建模型，将程序导入S函数里，运行程序，显示出机械臂的位置速度跟踪误差和参数的相关变化。

关键字：机械臂；鲁棒性；自适应性；Simulink；PD控制；S函数

目录

摘要

Abstract

1. 绪论-1

1.1 课题研究的背景和意义-1

1.2 机械臂的国内外发展-1

1.2.1 国外研究现状-1

1.2.2 国内研究现状-2

1.3 鲁棒自适应控制-2

1.4 动力学建模及其结构特性-2

1.5控制理论-3

1.5.1 控制理论的发展史-3

1.4.2 现代控制理论的主要内容-4

2. 基于Matlab计算机仿真-4

2.1 仿真技术的概况-4

2.2 Matlab-4

2.3 Simulink的建模和仿真-5

3. S函数-7

3.1 S函数简介-7

3.2 S函数的调用-8

3.3 S函数使用步骤-8

3.4 函数代码分析-9

4. 机器人控制方法-9

4.1 常用的控制方法-9

4.2 不确定机器人系统的控制-10

4.3 PID控制-10

4.3.1 PID用途-11

4.3.2 调节方法-11

4.3.3 系统分类-11

4.3.4 原理-12

4.3.5 参数整定-12

4.3.6 调节方法-13

4.3.7 PID控制的意义-14

4.3.8 PID控制的不足-14

5. 状态空间分析法-15

5.1 状态和状态空间-15

5.2 单输入单输出线性定常系统-17

5.3 由微分方程建立状态空间表达式-17

5.4 已知状态空间表达式求解系统传递函数-19

5.5 状态空间模型的建立-21

6. 稳定性分析-22

6.1 稳定性概念-22

6.2 判断稳定性的方法-23

6.2.1劳斯-赫尔维茨稳定判据-23

6.2.2根轨迹分析-24

6.2.3奈奎斯特稳定判据-24

6.3 稳态性能指标-25

6.4 李雅普诺夫稳定性分析-25

7.机械臂的鲁棒自适应PD控制-26

7.1问题提出的背景-26

7.2机械臂动力学模型及其结构特性-26

7.3鲁棒自适应控制器的设计-27

7.4机械臂动态方程的线性化推导-29

7.5仿真-32

8. 总结-38

参 考 文 献-39

致谢-40

附录-41