Acrobot运动控制中奇异问题的解法
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关键 词 tAco o;模糊控 制 ;L au o rb t y p n v函数 ;奇异 问题 中图分类 号 t P 4 T 2 文 献标识码 tA
其 中
= 嚣 l
收 稿 日期 :2 0 —52 修 订 日 期 :2 0 —70 0 50—7 0 50 —6 基 金项 目 : 国家 自然 科学 基 金 ( 0 70 4 ; 国家 杰 出 青 年 科学 基 金 项 目 ( 0 2 3 0 66 4 4 ) 645 1)
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间 。首 先 ,基 于 L au o y p n v函数 设 计 运 动 控 制 规 律 实 现 位 置 和 能 量 的集 成控 制 目标 。模糊 控 制 器 通 过 调 整 运 动 控 制 规 律 中一 参数 用 来解 决 Aco o 运 动 过 程 出现 的奇 异 问题 。为 改 善 Acoo rb t rb t的控 制 性 能 , 针 对 不 同情 况 , 另 外 设计 两 个 模 糊 控 制 器 来 调 节 控 制 规 则 中的 另 一 参 数 。集 成三 个模 糊 控 制 器 的控 制
电路 与 系 统 学 报
J NAL RCUI S AND YS M S OI R OF CI T S TE
V O _2 N O. l1 3 J une 20 07
A rb t 动控 制 中奇异 问题 的解 法 co o 运
赖旭芝 , 吴运新 2 佘锦华 。 吴敏 , ,
由于 Aco o 具 有非 常 复杂 的非 线 形 特 性 , 考 虑 能 量 并 不 能有 效 的将 Aco o 摇起 至平 衡 区 。 献 [] rb t 仅 rb t 文 5
提 出有 位 置 和 能 量 的 集 成控 制 ,才 能将 Aco o 快 速 摇 起 至 平 衡 区 , 即 当 Aco o 能量 达 到 不 稳 定 rb t rb t的 平 衡 点 时 ,其 两 杆 自然伸 直 ,但 这 种 控 制 策 略将 使 系 统 出现 奇 异现 象 。 本 文 提 出 了一 种 集 成模 糊 控 制方 法 来 解 决上 面 控 制 策 略 中 出现 的 奇 异 问题 , 同 时加 快 系 统 响应 时
动 力 学方 程 如 下
M () 4 (, ) 4 () qq-hq口口-g q =f - - () 1
表 示 作 用 于
图 1 c bt A r o模型 o
是连接杆 i 的质 量 , 厶是连 接 杆 i的 长度 ,
是 连 接 杆 i是 连 接杆 i 对 于 质 心 的 转 动惯 量 (=1 ) 相 i ,2 。g表 示 重 力 加 速 度 。令 : g, ,Aco o 的 =[ ] q rb t
( . 中南 大 学 信 息科 学与 工 程 学 院 ,湖 南 长 沙 4 0 8 ;2 中南 大 学 机 电工 程 学 院 , 湖南 长 沙 4 0 8 1 10 3 . 10 3 3 东京 工 科 大 学 仿 生 学部 , 日本 东 京 120 8 ) . 9 —92
摘 要 t本文针 对 A rb t 动控 制 中出现 的奇 异现象 ,提 出 了一种 集成模 糊控 制 的解决方 法 。首先 ,解释 了基 于 co o 运
策 略 解 决 了奇 异 问题 , 降低 了 力矩 的震 荡 ,缩 短 了摇 起 时 间 , 同时 抑 制 了 Aco o 在 不 稳 定 平 衡 点 时 rb t 势 能的 变化 。
驱 动 关节
2 运 动控 制 中奇 异 问题
该 节 分析 导致 Aco o 运 动 出现 奇 异现 象 的原 因 。 rb t
电路与系统学报
第 1 2卷
( 3) ( 4) ( ) 5
( )【 ( +;i o?n 】 留 : 2口 口sq 3sq , _ 口 ) 口 n oi
改善控制性能的模糊控制器设计虽然上述的模糊控制方法能解决奇异问题基于lyapunov函数设计运动控制规律能产生比较好的控制效果然而从下述分析可以看出仍然存在着改表1调整参数的模糊控制表输入
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第 1 2卷 第 3期 2 0 年 6 月 07
文 章 编 号 : 10 —2 9(0 7 0 —0 90 0 704 2 0 ) 30 8—5
L au o y p n v函数 的 Aco o 位置 和能 量集 成控制 的运 动控 制规 律 中出现 的奇 异 问题 ;其 次,采用 模糊 控制 器调节 运动控 rb t 制规律 的参 数解 决 了运 动控 制 中出现 的奇 异 问题 ;然 后 ,为 了提 高控 制性 能 ,设计 了不 同情况 下 的两个 附加模 糊控 制
单 一 的控 制 方 法 难 以 实现 其 控 制 目标 。 因此 ,Aco o rb t的运 动 空 间通 常分 为两 个 子 空 间 :摇 起 区和 平
衡 区 。有 很 多 不 同的 控 制策 略 用 于摇 起 区 的控 制 ,这 些 方 法 都 是 基 于 增 加 Aco o 的 能量 【 。然 而 , rb t J j
1 引言
Aco o rb t是 一 个 在 垂 直 平 面 上 运 动 的二 杆 机 器 人 ,具 有 两 个 自由度 ,肘 部 连 接 杆 有 驱 动 装 置 ,肩 部连 接 杆 没 有 驱 动 装 置 。 r b t 一 类 具 有 二 阶 非 完 整 约 束 的系 统 , Aco o 是 由于 Aco o 的复 杂 非 线 形 特 性 , rb t
21 Ac r o 模 型 . ob t
非 驱动 关节
Aco o rb t模 型 如 图 1所 示 。其 中 , q表 示 连 接 杆 1相 对 于 垂 直 向 上 线 的角 度 , q 表 示连 接 杆 2相 对 于 连 接 杆 1的角 度 , , 连 接 杆 2的 力 矩 ,