多自由度欠驱动机械系统控制方法及鲁棒性设计

本项目以具有一个被动关节的一类多自由度欠驱动机器人为对象，研究多自由度欠驱动机械系统的控制及鲁棒性设计问题。通过分析系统的能量和连杆姿态与各个驱动杆控制力矩之间的动力学耦合特性，研究一种有效实现能量和姿态控制的运动空间划分方法；在此基础上提出一种基于能量和部分姿态解耦的分段快速摇起控制策略，实现能量和部分连杆姿态的有效控制，同时避免出现奇异现象；设计一种结合非线性控制和线性近似控制的混合平衡控制策略，保持部分驱动杆自然伸展的姿态，实现由摇起区到吸引区的快速平滑过渡；提出一种在摇起过程中克服外界扰动影响的补偿控制方法，以及在吸引区具有扰动抑制性能的状态反馈鲁棒控制设计方法；建立多自由度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。本项目通过研究，将为多自由度欠驱动机械系统控制及鲁棒性设计提供一种有效的和可行的新方法，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

本项目以具有一个被动关节的一类多自由度欠驱动机器人为对象，研究了多自由度欠驱动机械系统的控制及鲁棒性设计问题。通过分析系统的能量和连杆姿态与各个驱动杆控制力矩之间的动力学耦合特性，研究了一种有效实现能量和姿态控制的运动空间划分方法；在此基础上提出了一种基于能量和部分姿态解耦的分段快速摇起控制策略，通过设计Lyapunov函数控制器，有效地实现了能量和部分连杆姿态的有效控制，同时避免了奇异现象；设计了一种结合非线性控制和线性近似控制的混合平衡控制策略，通过保持部分驱动杆自然伸展的姿态，将多自由欠驱动机器人降阶为两连杆系统，实现了由摇起区到吸引区的快速平滑过渡；提出了一种在摇起过程克服外界扰动影响的补偿控制方法，以及在吸引区具有扰动抑制性能的状态反馈鲁棒控制设计方法；通过仿真分析，验证了所提方法的有效性，并建立了多自由度欠驱动机器人控制实验系统，探讨了控制策略的实际应用。通过本项目的研究，为多自由度欠驱动机械系统提供了一种有效的和可行的控制及鲁棒性设计方法，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。