research+on+optimal+preview+control+for+object+trajectory+tracking

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1、WuhanUniversityofTechnologyPhDDissertation摘要最优预见控制(OPCM)是一种新的控制理论，在-T程技术领域有着广泛心川。预见控制利刚未来信息改善轨迹跟踪性能、抑制十扰。最优预见控制已经成功的心用于rT程技术领域，如汽车主动悬挂、火电机组负载控制等。基于最优预见控制理论，很多学者在各自应用领域提出了相应的控制算法，但在轨迹跟踪方面研究与应川的文献还比较少。本学位论文旨在基十最优预见控制原理设计一种空间轨迹跟踪算法实现高精度轨迹跟踪或路径控制。尽管通过使刚未来信息来追踪控制的预见理论在上世纪六七十年代

2、已被广泛研究，但是其在伺服控制系统领域的应朋还没有得到足够的关注，而伺服控制系统领域是刚于现代丁业过程的最苇要的技术之一，并将引起T业过程的发展以及提高T业产品的准确性和效率。OPCM是一种有效的方法。给予OPCM设计的控制系统，不仅保持了系统的良好性能，并且町以满足控制系统的性能需求。系统的状态是一些变量的集合，这些变量和输入方程的值，以及动力学方程将提供出系统的将来状态和输出。当町预见参考信号时，即参考信号的一些有限的未来值和当前以及过去的值在每个时间步长上是可HJ的，预见控制口丁提高被控对象的瞬态性能。对于最优预见轨迹系统的综合，一

3、些关于最优伺服系统二次方程的性能指标已经被引进。控制定律在预见时间间隔内被包含控对象状态反馈和参考信口．的I；{『馈。现已使川最优预见控制和保留伺服机的约束设计了一种控制器来追踪参考轨迹。控制设计过程包括线性化和离散化伺服系统模型以及预览增益序列是通过解决最优化问题来计算得出的，使川该增益口，降低高度误差。预见长度可以调节使之与追踪装置一致。在预见控制方案中，当追踪真实日标信号时，系统日J‘以充分开发同标信号已知的将来信息的优势。预追踪方案仅仅Hj在目标轨迹的将来信息足可以获得的情况下，否则预追踪方案足不可行的。控制方法包括了在预见时间间

4、隔内来自被控对象的反馈和参考信号的前馈。预控制器是一种使用目标信号以及设计过程中十扰的未来信息的控制器。通常来说OPCM是建立在误差，日标信日．和真实轨迹之间的差异的基础上的。OPCM町以有效控制输入多输出(MIMO)系统。为了能直观的研究出有效预见控制的步数，需要计算最优预见控制系统中评价函数的值，并将其与其他倒服系统的控制函数的值做比较。通过比较，我们可以得出结论：当预见步数为零时，那么就不需要前向补偿。然而，这样的控制系统只是最优控制系统(OCS)，却不是最优预见控制系统(OPCS)。那就是说，最优控制系统(0CS)是最优预见控制系

5、统的预见步数为零时的特殊情况。当预见步数增加时，评价函数的值也会增加，同时，最优预见系统的评价函数值将降低，降低了跟踪的误差值，使系统具备更好的跟踪性能。当预览步数增加到某个值时．评价函数减少值小到可以忽略，也就是说，在预览步数增加到某个值时，继续增加将毫无意义。因为它不再影响预见控制而同时计算WuhanUniversityofTechnologyPhDDissertation机的成本将变高。由此．口'『见，评价函数值需慢慢降低，最后收敛为一个定值。所以较长远的未来信息将对评价函数的值造成较小的影响，向能造成影响的则是反馈系统的特征值，确

6、切的说，如果系统的响臆速度快，接近未柬信息就够了，反之如果系统的响应速度缓慢，它需要更多的未来信息。本论文将通过仿真与实验对控制系统进行轨迹跟踪的理论研究。使刚通朋控制器UMAC，在预见控制方法的基础上取得3轴伺服系统的良好的跟踪性能。本义的主题足基于最优预见控制方法研究和设讣空间物体轨迹跟踪控制器，并将其心朋十伺服系统上。论文由三部分组成。第一部分我们将建立一个精确的数学模型，第二部分将通过M／ITLAB仿真软件进行仿真，第三部分是实验T作，在先前研究的基础上，提供了～种轨迹跟踪控制算法，构建了一个实验刚来实现轨迹跟踪并建立其数学模型，

7、然后进行数学仿真分析，最后将仿真结果应用于实验研究。该实验装置。该实验装置需要最好的运动控制器为核心，以伺服电机为驱动机构的精确定位甲台，同时具有强大的实时和联系性能，强大的硬件和软件功能使其有更加广泛的应用，通过对3轴运动甲台控制验证所提出的空间目标轨迹跟踪算法，实验结果研究证明算法足有效的。本论文内容涉及最优预见跟踪控制算法的基本原理分析、仿真、实验模型的建立以及算法可行性的实验研究，分析了日标轨迹跟踪控制最优预见的发展和前景。木篇论文综合以往的研究：给出了一个空间物体的轨迹跟踪控制算法：构造一个川f实现轨迹跟踪的实验系统，建立了其数

8、学模型；利刖控制算法进行仿真分析，最后进行实验研究，得出以下结论：通过对算法的仿真研究得出最优预见控制算法是有效的，但也表明，除了有在建立实验模型过程中发生了偏差，最优预见跟踪控制算法在线性空