基于雙層結構的機械臂運動模型預測控制算法研究.pdf

1、預測控制在處理復雜系統(tǒng)優(yōu)化控制問題時表現出顯著的能力。但是，隨著過程工業(yè)規(guī)模的不斷擴大，單一的預測控制算法往往難以滿足復雜被控系統(tǒng)的種種要求，因此目前工業(yè)過程中通常使用以模型預測控制為核心的分層遞階控制結構，它將復雜的控制任務分層次逐步解決，各個層次分工明確，控制結構清晰。本文借鑒分層遞階控制的思想，提出了一種基于雙層結構的機械臂運動模型預測控制算法。
　　本研究主要內容包括：⑴提出了一種針對機械臂運動控制的雙層結構的模型預測控制

2、方法。整個控制結構由規(guī)劃層和跟蹤層組成。規(guī)劃層的主要功能是針對特定的控制目標和約束條件，為下層跟蹤控制器設定一條最優(yōu)的參考軌跡，跟蹤層主要是計算最優(yōu)控制力矩使得機械臂精確跟蹤參考軌跡。本章介紹了如何創(chuàng)建機械臂動力學方程，對其進行線性化和離散化處理得到機械臂的狀態(tài)空間方程，并以此作為預測模型設計了對應于規(guī)劃層和跟蹤層的約束預測規(guī)劃器和跟蹤控制器。⑵將雙層控制結構應用于柔性機械臂的振動抑制中。創(chuàng)建了柔性機械臂的動力學方程，通過仿真對其進行運

3、動分析，并進一步確定了機械臂柔性形變和旋轉運動之間的耦合關系。根據此耦合關系，在約束預測規(guī)劃器的設計中增加特定的功能，可更好地實現振動抑制。在MATLAB環(huán)境下搭建仿真平臺，驗證了算法的有效性。⑶將雙層控制結構應用于六自由度機械臂的運動控制。針對特定的控制對象PUMA560，設計了雙層結構的模型預測控制方法，使機械臂可以在滿足動力學約束的條件下，快速穩(wěn)定地運行到目標位置。針對機械臂輸出端存在擾動的情況，本文在雙層結構的基礎上引入了前饋控