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基于MATLAB的双关节机械手抗干扰滑模控制与仿真平台

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机械手的研究一直很受人们关注,通过对双关节机械手抗干扰滑模控制原理的研究,用MATLAB软件开发出一套使用干扰观测器和滑模控制器的双关节机械手的自抗扰控制仿真软件。该软件可以在MATLAB环境中搭建双关节机械手模型和新型自抗扰控制器,并且能够完成对双关节机械手的参数的取值以及新型自抗扰控制器中各个模块的参数整定。通过MATLAB将改进前后的自抗扰控制器进行仿真实验,将新型自抗扰控制器与传统控制方法效果进行比较。结果验证了,该模型能有效的克服机器人系统中的不确定因素的影响,提高系统对各种扰动、非线性因素的适应能力。该模型具有良好的稳定性,能实现机械手的位置和速度精确的控制。

 
关键词:MATLAB;双关节机械手;干扰观测器;滑模控制器;教学演示与测;更多范文
机械手论文
机械手是一种模拟人手操作的自动机械,它可以按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重里、材料和要求有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式称为机械手的自由度。自由度是机械手设计的关键参数,自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有2~3个自由度。自抗扰控制技术是发扬传统PID优点、吸收现代控制理论成果、开发运用非线性技术而形成的新型实用技术,因此,凡是能够应用传统PID的地方,经过数字化就可以运用自抗扰控制器,使得控制效果和控制精度大幅提高,尤其是在模型不确定、多变量、外干扰强烈的情况下,自抗扰控制器更能显示其优越性。本文根据自抗扰控制器在解决多变量、非线性系统方面的优越性。针对双关节机械手设计了基于干扰观测器和滑模控制器的自抗扰控制仿真软件。通过状态反馈控制器和输出反馈控制器,使得机械手的内部状态能够被精确地测得并且使机械手的控制稳定性大大增加。从而使机械手能够在干扰较大的情况下仍然能够保证有足够的控制精度,从而满足各类使用要求。双关节机械手是具有2个自由度的关节型工业机械手,是由2个关节连接在一起的构件所组成的开链型空间连杆机构,开链的一端固定在基座上,另一端是自由的,可以操作物体,完成各种作业。机械手的关节由电机输入力矩驱动,力矩作用给关节使关节运动带动连杆运动,令机械手的执行部分跟踪期望的轨迹,达到高精度轨迹跟踪的目的。基于拉格朗日运动学建立的双关节机械手的动态方程在双关节机械手滑模控制系统设计

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