两自由度并联机械手动力学建模及其模糊变结构控制

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随着科技的发展,并联机构越来越多地运用到机器人领域。由于并联机构具有闭环特性,与串联机器人大不相同,于是并联机器人的控制问题受到极大关注。本文以两自由度平面并联机械手为研究对象,研究了基于模糊规则调整力矩变化的模糊滑模变结构控制方法。对两自由度平面并联机械手进行了逆运动学分析,分别利用虚功原理和凯恩方法建立了机械手的动力学方程,为实现控制策略提供基础控制模型。变结构控制最大的优点是其滑动模态对加给系统的干扰和系统的摄动具有完全自适应性,而且系统状态一旦进入滑模运动,便快速地收敛到控制目标。这种方法最致命的缺点是在获得滑模运动的同时也伴随着高频抖振现象,这是由于滑模变结构控制本质上的不连续开关特性引起的。所以,希望变结构控制和模糊控制相结合,能够达到削弱抖振和快速响应的目的。利用指数趋近律,设计了一种滑模变结构控制器,趋近律的引入,不但保证了永远满足到达条件,而且保证了滑动模态的存在。变结构控制和模糊控制结合,通过模糊规则调整力矩的变化形成了一种快速响应的模糊滑模变结构控制器。利用MATLAB,给定两个参考输入信号模拟仿真,得出了两个主动臂角位移误差和角速度误差以及滑模面的运动,分析了参数c、k、ε对系统的影响,通过模糊滑模变结构控制器和一般变结构控制器仿真结果的对比分析,检验了方案的可行性和模糊滑模变结构控制方法的有效性。
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