欠驱动系统的控制方法研究
欠驱动系统的控制方法研究(任务书,开题报告,论文10000字)
摘 要
欠驱动系统是一类控制输入数目少于系统广义坐标维数的系统。此类系统在工业生产领域、交通运输领域、航空航天领域和机器人中广泛存在。因为它具有减少执行元件个数，减轻系统重量，降低成本等等的优势，所以对它的研究具有重要的理论意义和实用价值。但是由于欠驱动系统的高度非线性、参数摄动，多目标控制要求等原因，使得欠驱动系统的控制具有很大的难度。
本文主要研究了欠驱动机械系统中两个典型的系统，利用牛顿第二定律以及相关的动力学原理等建立桥式吊车和单关节柔性机械臂的数学模型，通过对这两个模型的分析，列举状态方程。由于建立的模型是非线性系统，为了实现对其非线性系统的稳定控制，需要进行线性化处理，应用状态反馈控制配置极点设计柔性机械臂系统的控制器，用LQR控制方法设计桥式吊车系统的控制器，得到相应的变量系数阵。最后利用MATLAB软件中Simulink工具建立相应的系统模型，实现了欠驱动机械臂系统的仿真。仿真结果表明，所设计的方法可以使得系统稳定工作并具有良好的动态性性能。
关键词：欠驱动机械系统 极点配置 LQR控制 塔桥吊车 柔性机械臂 [资料来源：https://www.doc163.com]
Underactuated Manipulator Control Method
Abstract
Underactuated system is a kind of system, whose number of control input is less than that of generalized coordinate dimension. This kind of system exists in the industrial production areas, transportation, aerospace field and the robot widely..Because they have many advantages, which include decreasing the number of actuators, lighting the system, reducing the cost, etc, they have become more and more valuable in both theory and applications. At the same time, there are many difficulties in control of under-actuated mechanical systems because of the high nonlinearity, change of the parameters, and multi-object to be controlled..
In this paper, we get the mathematic model according to the second law of Newton and the foundation of the dynamics, analysis the tower bridge crane and a single flexible manipulator joint . Since the model is non-linear systems, in order to achieve a stable control of its nonlinear systems , We need to be linearized . We use state control to design configuration pole overhead crane system controller and use LQR control methods to design flexible manipulator controller. During writing the equitation of the system, the equitation has been processed by linear .At last we get coefficient of the variability according to pole placement and LQR control method. The simulation is done by the SIMULINK Tool box. Simulation results show that this method can be designed such that the system is stable and has good dynamic performance. [资料来源：www.doc163.com]
Keywords: Underactuated mechanical systems；Pole placement ；LQR；Tower bridge crane；Flexible manipulator；
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1 欠驱动机械系统的含义及分类 1
1.2 欠驱动机械系统的研究目的和意义 2
1.3 欠驱动机械系统控制研究的国内外现状 3 [版权所有：http://DOC163.com]
1.4 论文的主要研究工作 4
第二章 欠驱动机械系统的动力学模型 5
2.1 引言 4
2.2 两个典型的欠驱动机械系统的动力学模型 5
2.2.1 桥式吊车的动力学模型 5
2.2.2 柔性机械臂的动力学模型 6
第三章 桥式吊车系统控制器设计 7
3.1 LQR方法简介 7
3.2 基于LQR方法的桥式吊车系统控制器设计 8
3.3 仿真结果与分析 9
3.4 本章小结 10
第四章 柔性机械臂系统模型的分析及仿真 11
4.1 极点配置方法简介 11
4.2 基于极点配置方法的柔性机械臂系统控制器设计 12
4.3 仿真结果与分析 13
4.4 本章小结 14
第五章 总结与展望 15
5.1 总结 15
5.2 展望 16 [资料来源：www.doc163.com]
参考文献 17
致 谢 18
附录 相关程序 19 [资料来源：www.doc163.com]