第1章 绪论 1
1.1目的与意义 1
1.2国内外研究现状 3
1.2.1机械系统的同步控制策略 3
1.2.2主从式机械系统的控制同步 4
1.2.3机械臂系统的控制同步 4
1.2.4刚柔耦合机械臂系统的控制同步 5
1.3本书主要内容 6
参考文献 7
第2章 机械系统控制同步的基本原理 9
2.1引言 9
2.2同步控制的目标与稳定性判定 9
2.2.1同步控制的目标及同步误差定义 10
2.2.2控制同步的李雅普诺夫稳定性 11
2.3同步控制器的设计 11
2.3.1从系统参数已知情况下的同步控制方法 11
2.3.2从系统参数未知情况下的同步控制方法 13
2.4迟滞系统与Duffing系统的主从同步分析 14
2.4.1从系统参数已知情况下的同步分析 15
2.4.2从系统参数未知情况下的同步控制 17
2.4.3非线性系统的控制同步的仿真分析 20
2.4.4主从同步控制器各控制参数的影响 25
参考文献 28
第3章 基于节律神经元控制器的两自由度机械臂的控制同步 29
3.1引言 29
3.2两自由度机械臂动力学建模 30
3.2.1两自由度机械臂的运动学分析 30
3.2.2两自由度机械臂的动力学分析 33
3.2.3机械臂动力学模型的物理特征 36
3.2.4面向机械臂系统同步控制的李雅普诺夫函数 36
3.3神经元同步控制器的设计 38
3.3.1神经元同步控制器的构成及特点 38
3.3.2采用神经元同步控制器的两自由度机械臂模型 39
3.4两自由度机械臂同步运动的实现 40
3.4.1两自由度机械臂的典型运动特征 40
3.4.2神经元同步控制器时间常数对机械臂运动的影响 41
3.4.3系统阻尼对机械臂运动的影响 42
3.5小幅摆运动和大回环运动之间转换过程 43
3.5.1控制器增益变化的影响 43
3.5.2角度和加速度冲击的影响 44
参考文献 44
第4章 基于OPCL控制器的两自由度机械臂的控制同步 45
4.1引言 45
4.2通用OPCL控制器模型 46
4.3改进的OPCL控制器设计 47
4.4基于改进的OPCL控制器同步运动仿真 48
4.4.1基于改进的OPCL控制器小幅摆运动 49
4.4.2基于改进的OPCL控制器大回环运动 50
4.5利用OPCL控制实现两自由度机械臂从单周期运动到混沌运动 51
4.5.1通向混沌的道路 51
4.5.2两自由度机械臂混沌运动的实现 51
4.5.3非线性参数估计 58
参考文献 59
第5章 摩擦力对OPCL控制系统的影响 60
5.1引言 60
5.2摩擦力模型 60
5.2.1库仑摩擦 61
5.2.2库仑摩擦＋黏性摩擦模型 62
5.2.3静摩擦＋库仑摩擦＋黏性摩擦模型 62
5.2.4 Stribeck摩擦模型 63
5.3带有摩擦项的OPCL控制系统 63
5.4黏性摩擦力对OPCL控制系统的影响 64
5.4.1分岔特征 64
5.4.2单周期运动 65
5.4.3多周期运动 66
5.4.4拟周期运动 68
5.4.5混沌运动 69
5.5静摩擦力项和库仑摩擦力项对OPCL的影响 71
5.5.1拟周期运动 71
5.5.2混沌运动 73
参考文献 74
第6章 基于自适应控制器的两自由度机械臂控制同步 76
6.1引言 76
6.2改进的MRAC-PD控制器模型及设计 77
6.2.1通用MRAC - PD控制器模型 77
6.2.2改进的MRAC-PD控制器设计 80
6.3基于改进的MRAC-PD控制器同步运动仿真 80
6.3.1基于改进的MRAC-PD控制器小幅摆运动 81
6.3.2基于改进的MRAC-PD控制器大回环运动 82
6.4小幅摆运动和大回环运动之间转换过程 83
6.4.1不同控制器参数对同步运动形式的影响 83
6.4.2不同的期望轨迹对同步运动形式的影响 84
6.5两种控制方法的比较 85
参考文献 85
第7章 基于自适应控制器的三自由度机械臂控制同步 86
7.1引言 86
7.2三自由度机械臂动力学建模 86
7.2.1机械臂运动学分析 87
7.2.2基于拉格朗日-欧拉法的机械臂动力学分析 92
7.3基于PD状态反馈的同步控制器设计 101
7.4基于PD增益自适应调节的模型参考自适应控制 103
7.4.1参考模型 103
7.4.2 PD增益自适应控制器设计 104
7.4.3稳定性分析 105
7.4.4仿真分析 107
7.5机械臂的鲁棒自适应控制 109
7.5.1自适应控制器设计 109
7.5.2仿真分析 113
参考文献 115
第8章 三自由度机械臂鲁棒同步轨迹跟踪控制 117
8.1引言 117
8.2机械臂常用的轨迹跟踪方法 118
8.3鲁棒同步轨迹跟踪控制器设计引理 120
8.4鲁棒同步轨迹跟踪控制器设计 121
8.5仿真分析 122
参考文献 128
第9章 考虑未知结构参数的三自由度机械臂的同步轨迹跟踪控制 129
9.1引言 129
9.2三自由度冗余机械臂的动力学系统模型 130
9.2.1机械臂运动学分析 130
9.2.2机械臂动力学分析 133
9.3主从机械臂末端轨迹同步控制器设计 135
9.3.1主从式机械臂的末端轨迹同步运动控制方法 135
9.3.2仿真分析 137
9.4从机械臂参数未知的自适应PD同步控制 141
9.4.1模型参考自适应控制 141
9.4.2自适应同步控制器的设计 142
9.4.3仿真分析 148
9.5主从机械臂同步系统的控制实现 150
9.5.1轨迹规划的实现 150
9.5.2仿真分析 153
参考文献 155
第10章 刚柔耦合机械臂的控制同步 156
10.1引言 156
10.2柔性机械臂的建模与动力学特性 156
10.2.1柔性多体系统的建模 157
10.2.2 混合坐标法 158
10.2.3变形描述 159
10.2.4模态叠加 160
10.2.5一次近似耦合模型 164
10.2.6大范围运动已知的动力学仿真 167
10.2.7大范围运动未知的动力学仿真 169
10.3刚柔耦合机械臂的控制同步 171
10.3.1基于反馈策略的同步控制器设计 171
10.3.2仿真分析 174
10.3.3控制参数的影响 176
参考文献 178
附录A平面三自由度机械臂动力学模型 179
附录B系统机械臂动力学系统模型的线性化处理 180