基于运动状态约束的平面欠驱动机械系统控制方法

The project studies the movement characteristics, control method and .robustness design problem of planar underactuated mechanical systems by taking.a planar multi-link underactuated robot of the first joint passive as object..A control scheme is presented to perform the motion control of the passive .link by controlling active links based on the integration characteristics and.the state constraints. A model reduction method is studied to reduce any.multi-link robot into a virtual 3-link system by maintaining the initial.states of part active links which ensures that any target position is .reachable. A segment control strategy for the virtual 3-link system is .presented, and the target angles of the active links are obtained by.minimizing the sum of them to quickly perform the system control objective..Then, the virtual 3-link system is controlled to a target position by .employing the motion state constraints. Meantime, we put forward a .disturbance compensation control strategy which can effectively restrain the.interference of the disturbances, and a robustness design method for the .parameter perturbation. Finally, we establish a computer simulation and.experiment platform of planar multi-link robots for the control performance.analysis and practical application research. This project will provide a .feasible and effective method for the control and robustness design of planar.underactuated mechanical systems, and has important scientific significance.and broad application prospect..

本项目以第一关节为被动的平面多连杆欠驱动机器人为对象，研究平面欠驱动机械系统的运动特性、控制方法及鲁棒性设计问题。在分析系统积分特性和运动状态约束关系的基础上，提出一种通过控制驱动连杆来实现被动连杆运动的控制方案；研究一种模型降阶方 法，通过维持部分驱动连杆初始状态不变，在满足系统任意末端点目标位置可达的同时，使多连杆系统降阶为虚拟三连杆系统；提出一种基于虚拟三连杆系统的分段控制策略，以运动快速性为目标进行优化设计来获得虚拟三连杆系统驱动连杆的目标角度，在此基础上利用系统运动状态约束关系，实现系统的位置控制；研究一种能够有效抑制外界干扰的扰动补偿控制策略，以及克服参数摄动的鲁棒性设计方法；建立平面多连杆欠驱动机器人控制实验系统，进行控制性能分析与实际控制应用研究。通过本项目研究，将为平面欠驱动机械系统控制及鲁棒性设计提供一种有效可行的新方法，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

本项目以第一关节为被动的平面多连杆欠驱动机器人为对象，研究了平面欠驱动机械系统的运动特性、控制方法及鲁棒性设计问题。通过分析系统积分特性和运动状态约束关系，提出了一种通过控制驱动连杆来实现被动连杆运动的控制方案；在此基础上，研究了一种模型降阶方法，通过设计Lyapunov函数控制器，维持部分驱动连杆初始状态不变，在满足系统任意末端点目标位置可达的同时，使多连杆系统降阶为虚拟三连杆系统；提出了一种基于虚拟三连杆系统的分段控制策略，以运动快速性为目标进行优化设计来获得虚拟三连杆系统驱动连杆的目标角度，在此基础上利用系统运动状态约束关系，实现了系统的位置控制；研究了一种基于RBF神经网络的扰动补偿控制策略，有效抑制了系统的外界扰动。同时，为了解决系统参数摄动对控制的影响，设计了一种误差在线迭代修正算法，确保系统的控制精度；建立了平面多连杆欠驱动机器人控制实验系统，进行了控制性能分析与实际控制应用研究。通过本项目的研究，为平面欠驱动机械系统的稳定控制及鲁棒性设计提供了一种有效可行的新方法，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。