网络化Euler-Lagrange系统的协调动力学与控制

【摘要】网络化Euler-Lagrange(简记为EL)系统的协调动力学与控制已成为当今科学与工程领域中关注热点之一.这源于如下两个基本原因,首先,网络被认为一个处理由具有相互作用的子系统组成的复杂系统的很好工具;其次,网络化EL系统在各类工程领域中具有相当重要的作用,尤其是在复杂与集成化的生产过程中.大量的力学系统可很好地用网络化EL方程来描述,如多机械臂、编队航天器、自动车辆和多行走机器人等.本文主要研究由EL方程描述的网络化力学系统的同步运动和跟踪控制.主要工作可概括为以下三个方面:一.网络化EL系统的脉冲同步运动.一般来说,系统的脉冲运动源自于当系统直接或间接地受到脉冲效应,而脉冲效应通常是由脉冲力或脉冲约束所引起的.基于基本反馈控制和脉冲约束,提出了研究网络化开环EL系统的脉冲同步运动的分析方法.给出了在固定拓扑和切换拓扑两种情况下网络化EL系统相对于广义坐标和广义速度的输出同步准则.结果表明,利用脉冲约束控制策略可以实现网络化开环EL系统的脉冲同步运动,进一步给出了几个例子及仿真来说明所获结果的有效性.二.非恒同网络化EL系统的反演跟踪控制.针对具有外部不确定性干扰和未知参数的网络化EL系统,给出了分布式自适应跟踪控制算法.在有向网络拓扑具有生成树的情况下,给出的算法仅要求部分跟随者获得领航者的位置信息,这里假定领航者的位置和速度是时变的.此外,对于参数确定的网络化EL系统,提出的算法不需要在线测量跟随者邻居节点的速度.数值模拟进一步表明所提出的自适应跟踪算法相对于外部干扰来说是鲁棒的,即可有效地抑制跟踪过程中的抖振现象.三.冗余机械臂系统的协调自适应跟踪控制.针对具有动态领航者和动力学不确定性的非恒同网络机械臂系统,提出了冗余和非冗余网络系统的分布式自适应跟踪算法,这里网络拓扑具有生成树.所获得结果表明,此算法不要求计算在任务空间中系统位置的逆运动,且对机械臂系统的自身运动不加限制,因此多余的自由度可用来实施复杂的子任务.相比现有的工作,这里所设计的算法的显著特点是:任务空间中仅有部分跟踪者需要获得动态领航者的位置信息,此外考虑了系统的粘性和动摩擦因素.
【作者】吴兴杰；
【导师】周进；
【作者基本信息】上海大学，一般力学与力学基础，2014，博士
【关键词】网络化Euler-Lagrange系统；脉冲同步；反演跟踪控制；分布式自适应控制算法；参数不确定性；冗余机械臂；

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