欠驅(qū)動Lagrange系統(tǒng)的同步控制.pdf

1、在當前的生產(chǎn)生活過程中，許多任務對于單個系統(tǒng)是無法獨立承擔的，從而就需要多個系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)配合完成。欠驅(qū)動系統(tǒng)是控制輸入數(shù)目少于系統(tǒng)自由度個數(shù)的控制系統(tǒng)，它廣泛存在于機器人、交通運輸和航空航天等各個領域。由于系統(tǒng)驅(qū)動器的減少，從而具有質(zhì)量輕、成本低和能量消耗少等眾多優(yōu)點，因此研究多個欠驅(qū)動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)同步控制具有很重要的意義。而欠驅(qū)動Lagrange系統(tǒng)是所有欠驅(qū)動系統(tǒng)的典型代表，所以本論文針對多個欠驅(qū)動Lagrange系統(tǒng)構(gòu)成的同步運動系

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，設計了多個欠驅(qū)動Lagrange系統(tǒng)的協(xié)調(diào)同步控制器?？刂破鞯脑O計過程中不僅對系統(tǒng)的跟蹤誤差進行了加權評價，同時也將同步誤差變量引入到所設計的線性二次型性能指標函數(shù)中進行加權調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)加權矩陣中權值項的大小，從而達到同時改善系統(tǒng)跟蹤性能和同步性能的目的。所設計的最優(yōu)同步控制器不僅能夠保證系統(tǒng)的跟蹤誤差有界，而且同時保證了系統(tǒng)運動的協(xié)調(diào)同步性，通過數(shù)

3、值仿真和實時控制實驗也驗證了此結(jié)論。
　　其次，應用聚合式結(jié)構(gòu)雙層遞階滑?？刂评碚摚O計了多個單輸入欠驅(qū)動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，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)變量設計的第一層滑模面構(gòu)造系統(tǒng)的第二層滑模面，通過設計系統(tǒng)的同步控制律，保證系統(tǒng)的軌線在有限時間內(nèi)到達滑模面，并沿著滑模面趨向原點。仿真和實驗結(jié)果表明，所設計的

4、遞階滑模同步控制器不僅實現(xiàn)了對指令信號的精確跟蹤，同時也實現(xiàn)了系統(tǒng)在運行過程中運動的協(xié)調(diào)同步。
　　然后，針對兩個無輸入耦合的欠驅(qū)動Lagrange系統(tǒng)，設計了系統(tǒng)的遞推反步同步控制律。采用可逆坐標變換將系統(tǒng)動力學模型轉(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)獨立的狀態(tài)變量，與欠驅(qū)動子系統(tǒng)聯(lián)立設計了系統(tǒng)的同步控制律。另外，為了進一步實現(xiàn)對多個無輸入耦合的欠驅(qū)動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，進而采用遞推反步設計方法，設計了適用于包含多個欠驅(qū)動Lagrange系統(tǒng)的同步運動系統(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)值仿真和實驗結(jié)果驗證了該方法的有效性。
　　最后，研究了多個欠驅(qū)動Lagrange系統(tǒng)的無源化同步控制策略。通過設計閉環(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計的閉環(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