基于滑模变结构控制的机械臂轨迹跟踪

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1、基于滑模变结构控制的机械臂轨迹跟踪TrajectoryTrackingofRoboticManipulatorsBasedonSlidingModeVariableStructureControl工程领域：控制工程作者姓名：刘海亭指导教师：吴爱国教授企业导师：王丹高工天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月独含J性声明本人声明所呈交的学位稔文是本人在早姉指早下逃行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特別加以林注和致洲之赴外,沿文中不包含其他人己径友表或撰写述的研究成果,也不包含力荻得_人津大学或其他教育机杓的学位或iI事而使用述的材料。与我一同工作的同志対本研究所倣

2、的任何貢献均己在沿文中作了明碗的悦明井表示了洲意。ル日‐〓い′卜一ヽスい口靱牲ツο学位稔文作者釜名マ/7年/2月:‐ｉｒｆ響ヽ釜字日期:ノ4日学位沿文版杖使用授杖事本学位稔文作者完全了解天津大学有美保留、使用学位沿文的規定。特授枚人津大学可以杵学位稔文的全部或部分内容編入有美数据庫遊行栓索,井采用影印、姉印或担描等隻制手段保存、ツE笏以供査同和借同。同意学校向国家有美部門或机杓送交稔文的夏印件和磁盤。(保密的学位沿文在解密后適用本授杖悦明)落ヽヽそタ学位沿文作者釜名:尋りT笠名:釜字日期:ユ研7年′2月今日釜字日期:2017年υ月十日摘要本课题主要研究机械臂轨迹跟踪控制策略

3、，通过设计控制器实现机械臂末端执行器高精度高速度的跟踪期望轨迹。首先根据标准D-H参数法建立DensoVP6242G6-DOF串联机械臂坐标系及其正运动学模型，采用解析法获得各个关节角度的逆运动学封闭解并进行仿真，仿真结果表明关节空间逆运动学能够很好的复现工作空间期望轨迹。根据Lagrange方程法推导n自由度串联机械臂通用动力学公式，依据机械臂运动学模型和机械结构参数建立Denso机械臂的动力学模型，用于机械臂轨迹跟踪控制方法的仿真验证。其次，本文提出一种基于径向基神经网络（RBFNN）的非奇异快速终端滑模（NFTSMC）自适应轨迹跟踪控制方法，该方法采用NFTSMC超曲

4、面，切换控制项引入连续终端吸引子，使得系统能在有限的时间内收敛到平衡点。并利用RBFNN逼近系统未知非线性动力学，结合逼近误差的自适应补偿机制，实现无模型控制，仿真结果表明该控制方法能有效提高稳态精度、收敛速度、抗扰动性能以及抑制系统抖振。然而在实际工程应用中，机械臂关节角度测量信号存在测量误差以及传输噪声，对提取高品质滤波信号和微分信号造成了一定的困难，为解决上述问题，提出基于跟踪微分器的改进非奇异终端滑模控制方法，其中跟踪微分器模块实现对反馈信号的滤波和微分，改进非奇异终端滑模降低了系统参数整定难度，在此基础上分析了机械臂系统的稳定性和有限时间收敛性，仿真结果表明该方法

5、能有效地提高系统收敛速度和稳态精度以及抑制系统抖振。最后将改进的非奇异终端滑模控制策略应用于DensoVP6242G6-DOF机械臂实验平台，分析了系统延时对控制性能的影响，并提出了解决方法，实验结果表明所提出的控制策略能够有效地提高系统收敛速度和稳态跟踪精度。关键词：机械臂，轨迹跟踪，运动学，动力学，非奇异快速终端滑模，RBF神经网络，跟踪微分器IABSTRACTInthispaper,thetrajectorytrackingcontrolstrategyofmanipulatorisstudied,thehighprecisionandhighspeedtrackin

6、gtrajectoryofmanipulatorendeffectorisrealizedbydesigningcontroller.Firstly,theDensoVP6242G6-DOFseriesmanipulatorcoordinatesystemanditsforwardkinematicsmodelareestablishedaccordingtothestandardD-Hparametermethod.Theinversekinematicsclosedsolutionofanyjointangleisobtainedbyanalyticmethod.The

7、simulationresultsshowthattheinversekinematicsofjointspacecanreproducethedesiredtrajectoryofworkspace.Then-DOFserialmanipulatorgeneraldynamicsformulaisderivedaccordingtotheLagrangeequationmethod.Accordingtothekinematicmodelofmanipulatorandtheparametersofmechani