机械臂系统的控制同步理论与应用

第1章 绪论

1.1 目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 机械系统的同步控制策略

1.2.2 主从式机械系统的控制同步

1.2.3 机械臂系统的控制同步

1.2.4 刚柔耦合机械臂系统的控制同步

1.3 本书主要内容

参考文献

第2章 机械系统控制同步的基本原理

2.1 引言

2.2 同步控制的目标与稳定性判定

2.2.1 同步控制的目标及同步误差定义

2.2.2 控制同步的李雅普诺夫稳定性

2.3 同步控制器的设计

2.3.1 从系统参数已知情况下的同步控制方法

2.3.2 从系统参数未知情况下的同步控制方法

2.4 迟滞系统与Duffing系统的主从同步分析

2.4.1 从系统参数已知情况下的同步分析

2.4.2 从系统参数未知情况下的同步控制

2.4.3 非线性系统的控制同步的仿真分析

2.4.4 主从同步控制器各控制参数的影响

参考文献

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

3.1 引言

3.2 两自由度机械臂动力学建模

3.2.1 两自由度机械臂的运动学分析

3.2.2 两自由度机械臂的动力学分析

3.2.3 机械臂动力学模型的物理特征

3.2.4 面向机械臂系统同步控制的李雅普诺夫函数

3.3 神经元同步控制器的设计

3.3.1 神经元同步控制器的构成及特点

3.3.2 采用神经元同步控制器的两自由度机械臂模型

3.4 两自由度机械臂同步运动的实现

3.4.1 两自由度机械臂的典型运动特征

3.4.2 神经元同步控制器时间常数对机械臂运动的影响

3.4.3 系统阻尼对机械臂运动的影响

3.5 小幅摆运动和大回环运动之间转换过程

3.5.1 控制器增益变化的影响

3.5.2 角度和加速度冲击的影响

参考文献

第4章 基于OPCL控制器的两自由度机械臂的控制同步

4.1 引言

4.2 通用OPCL控制器模型

4.3 改进的OPCL控制器设计

4.4 基于改进的OPCL控制器同步运动仿真

4.4.1 基于改进的OPCL控制器小幅摆运动

4.4.2 基于改进的OPCL控制器大回环运动

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

4.5.1 通向混沌的道路

4.5.2 两自由度机械臂混沌运动的实现

4.5.3 非线性参数估计

参考文献

第5章 摩擦力对OPCL控制系统的影响

5.1 引言

5.2 摩擦力模型

5.2.1 库仑摩擦

5.2.2 库仑摩擦+黏性摩擦模型

5.2.3 静摩擦+库仑摩擦+黏性摩擦模型

5.2.4 Stribeck摩擦模型

5.3 带有摩擦项的OPCL控制系统

5.4 黏性摩擦力对OPCL控制系统的影响

5.4.1 分岔特征

5.4.2 单周期运动

5.4.3 多周期运动

5.4.4 拟周期运动

5.4.5 混沌运动

5.5 静摩擦力项和库仑摩擦力项对OPCL的影响

5.5.1 拟周期运动

5.5.2 混沌运动

参考文献

第6章 基于自适应控制器的两自由度机械臂控制同步

6.1 引言

6.2 改进的MRAC-PD控制器模型及设计

6.2.1 通用MRAC-PD控制器模型

6.2.2 改进的MRAC-PD控制器设计

6.3 基于改进的MRAC-PD控制器同步运动仿真

6.3.1 基于改进的MRAC-PD控制器小幅摆运动

6.3.2 基于改进的MRAC-PD控制器大回环运动

6.4 小幅摆运动和大回环运动之间转换过程

6.4.1 不同控制器参数对同步运动形式的影响

6.4.2 不同的期望轨迹对同步运动形式的影响

6.5 两种控制方法的比较

参考文献

第7章 基于自适应控制器的三自由度机械臂控制同步

7.1 引言

7.2 三自由度机械臂动力学建模

7.2.1 机械臂运动学分析

7.2.2 基于拉格朗日-欧拉法的机械臂动力学分析

7.3 基于PD状态反馈的同步控制器设计

7.4 基于PD增益自适应调节的模型参考自适应控制

7.4.1 参考模型

7.4.2 PD增益自适应控制器设计

7.4.3 稳定性分析

7.4.4 仿真分析

7.5 机械臂的鲁棒自适应控制

7.5.1 自适应控制器设计

7.5.2 仿真分析

参考文献

第8章 三自由度机械臂鲁棒同步轨迹跟踪控制

8.1 引言

8.2 机械臂常用的轨迹跟踪方法

8.3 鲁棒同步轨迹跟踪控制器设计引理

8.4 鲁棒同步轨迹跟踪控制器设计

8.5 仿真分析

参考文献

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

9.1 引言

9.2 三自由度冗余机械臂的动力学系统模型

9.2.1 机械臂运动学分析

9.2.2 机械臂动力学分析

9.3 主从机械臂末端轨迹同步控制器设计

9.3.1 主从式机械臂的末端轨迹同步运动控制方法

9.3.2 仿真分析

9.4 从机械臂参数未知的自适应PD同步控制

9.4.1 模型参考自适应控制

9.4.2 自适应同步控制器的设计

9.4.3 仿真分析

9.5 主从机械臂同步系统的控制实现

9.5.1 轨迹规划的实现

9.5.2 仿真分析

参考文献

第10章 刚柔耦合机械臂的控制同步

10.1 引言

10.2 柔性机械臂的建模与动力学特性

10.2.1 柔性多体系统的建模

10.2.2 混合坐标法

10.2.3 变形描述

10.2.4 模态叠加

10.2.5 一次近似耦合模型

10.2.6 大范围运动已知的动力学仿真

10.2.7 大范围运动未知的动力学仿真

10.3 刚柔耦合机械臂的控制同步

10.3.1 基于反馈策略的同步控制器设计

10.3.2 仿真分析

10.3.3 控制参数的影响

参考文献

附录A 平面三自由度机械臂动力学模型

附录B 系统机械臂动力学系统模型的线性化处理

《机械臂系统的控制同步理论与应用》以典型串联机械臂为对象，介绍机械臂系统的控制同步的建模、几种不同形式的同步控制器设计、同步运动和同步轨迹跟踪实现以及相应的复杂非线性动力学行为分析等方面的系列化最新理论研究成果。
　　主要内容包括：机械系统控制同步的基本原理及其同步稳定性分析；两自由度机械臂动力学建模与同步控制混合模型建立方法；利用节律神经元控制器、OPCL控制器、自适应控制器分别实现二自由度机械臂的运动同步；采用OPCL控制器的二自由度机械臂的复杂动力学行为；三自由度机械臂动力学建模与同步控制混合建模；采用自适应控制器、鲁棒同步轨迹跟踪控制器实现三自由度机械臂运动同步的方法；三自由度机械臂末端轨迹跟踪的同步控制方法；两自由度刚柔耦合机械臂同步控制方法及其基于反馈策略的同步运动。《机械臂系统的控制同步理论与应用》还附有必要的数值仿真流程和程序。
　　《机械臂系统的控制同步理论与应用》对机械臂系统的动力学与控制、同步理论与应用等方面的研究具有重要参考价值。《机械臂系统的控制同步理论与应用》专供从事动力系统控制同步研究，特别是机械系统控制同步方面研究的科技人员阅读，也可为机械系统非线性动力学与控制、机器人动力学与控制等领域的科技人员提供参考。同时，从事机械系统动力学与控制、机器人学、非线性动力学等相关学科学习和科研工作的教师和研究生也可参考《机械臂系统的控制同步理论与应用》。

韩清凯、张昊、任云鹏、刘金国所著的《机械臂系统的控制同步理论与应用》在对机械臂系统控制同步研究的目的和意义、国内外研究现状进行综合评述后，重点介绍了如下几个方面的内容：①机械系统控制同步的基本原理，即针对机械系统提出合理的控制同步目标，并给出同步控制稳定性分析方法；②采用不同控制器(包括节律神经元控制器、OPCL控制器、改进的MRAC-PD控制器等)实现两自由度机械臂的控制同步，并比较不同同步运动模式的特征以及参数影响规律；③对比分析关节摩擦等非线性环节对被控机械臂系统的周期运动以及包括混沌运动在内的复杂运动模式的影响；④将上述自适应控制器应用于三自由度机械臂系统，并对机械臂模型中含有未知结构参数和误差干扰的情况进行了讨论；⑤对三自由度机械臂系统的同步轨迹跟踪控制方法进行研究，提出鲁棒同步轨迹跟踪策略和从机械臂参数不可知的情况下的同步控制方法；⑥针对刚柔耦合机械臂系统分析控制同步的实现及其运动特点。