《N連桿柔性機械臂PDE建模及自適應邊界控制理論研究》是依託北京航空航天大學，由劉金琨擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：N連桿柔性機械臂PDE建模及自適應邊界控制理論研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：劉金琨
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對N連桿柔性機械臂的動力學建模、邊界控制和振動抑制問題，開展如下研究：(1)對N連桿柔性機械臂系統進行建模，利用哈密頓原理，建立邊界條件和偏微分方程動力學模型；（2）設計基於混合輸入成型器和神經網路逼近的自適應邊界控制律；（3）設計一種混合最優軌跡控制器的結構，採用差分進化算法進行最優軌跡規劃器的設計，在此基礎上設計最優軌跡邊界控制器；（4）設計非線性PDE觀測器估計無窮維分布的撓曲量，並設計基於觀測器的自適應邊界控制器，以實現柔性機械臂末端能夠沿期望軌跡在任務空間中運動的控制目標；（5）針對測量延遲時間的觀測和抗飽和控制的補償問題進行研究。通過上述研究,達到N連桿柔性機械臂高精度控制和振動抑制的目的。本課題將有力地促進邊界控制理論和柔性機械臂控制理論的研究。
結題摘要
本項目針對 N 連桿柔性機械臂的動力學建模、邊界控制和振動抑制問題，到目前為止，本項目研究工作順利完成，課題組提出了一些創新性理論和方法。主要成果包括：（1）對單連桿和雙連桿柔性機械臂系統進行建模，並延伸到小車-柔性擺、柔性機械梁、柔性繩、空中加油機柔性機械臂、柔性太空飛行器、飛行器柔性機翼和衛星柔性帆板等機械系統，利用哈密頓原理，建立邊界條件和偏微分方程動力學模型；（2）採用疊代學習控制策略，實現了柔性機械臂的高精度邊界控制；（3）設計一種混合最優軌跡控制器的結構，採用差分進化算法進行最優軌跡規劃器的設計，在此基礎上設計最優軌跡邊界控制器；（4）為了克服控制輸入擾動，設計了擾動觀測器；設計非線性PDE觀測器估計無窮維分布的撓曲量，並設計基於觀測器的自適應邊界控制器，以實現柔性機械臂末端能夠沿期望軌跡在任務空間中運動的控制目標；（5）針對控制輸入受限和輸出受限問題設計了邊界控制器；（6）針對三維柔性機械臂的進行了建模和邊界控制研究。通過上述研究，達到柔性機械臂高精度控制和振動抑制的目的。本課題將有力地促進邊界控制理論和柔性機械臂控制理論的研究。在該自然基金項目的支持下，申請人作為第一作者出版英文著作1部，目前正在校稿階段，將於2018年正式出版；獲得6項發明專利授權；申請人作為通訊作者，共發表學術論文40篇，其中發表SCI國際雜誌論文29篇，錄用論文3篇；發表國內期刊論文2篇；發表國際及國內會議論文6篇。其中有1篇論文在國際頂級期刊Automatica上發表並獲得ESI檢索，參加了一次國際會議和三次國內會議，開展了國際合作與交流。
