Прогнозирующее управление с нейросетевой моделью объекта для манипулятора с нежесткими звеньями

• Автор: Шипитько, Илья Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 200 с. : ил.

1.1 Особенности задачи управления манипулятором в условиях низкой механической жесткости звеньев
1.2 Обзор существующих методов управления манипуляторами с нежесткими звеньями с позиции интеллектуальных САУ

1.3 Выводы, цель и задачи исследования

Глава 2. Синтез аналитической модели динамики планарного нежесткого манипулятора

2.1 Краткий обзор классических методов представления динамики манипуляторов с нежесткими звеньями

2.2 Разработка аналитической модели динамики планарного нежесткого манипулятора

2.2.1 Одномерный случай плоский нежесткий однозвенник

2.2.2 Многомерный случай плоский нежесткий многозвенник

2.3 Анализ свойств модели нежесткого однозвешшка

2.4 Заключение к второй главе

Глава 3. Синтез дискретных нсйросетевых прогнозирующих моделей прямой п инверсной динамики нежесткого манипулятора
3.1 О классическом и нейросетсвом подходах к построению динамической модели манипулятора с нежесткими звеньями
3.2 Искусственные нейронные сети в качестве модельной структуры в задаче идентификации
3.3 Постановка задачи синтеза ненросетевых прогнозирующих моделей динамики нежесткого манипулятора
3.4 Методика синтеза нейросетевых прогнозирующих моделей динамики нежесткого манипулятора
3.5 Экспериментальное исследование синтеза нейросетевых прогнозирующих моделей для манипулятора с нежесткими звеньями
3.6 Заключение к третьей главе
Глава 4. Синтез алгоритма прогнозирующего управления с нейросс
тевой моделью динамики объекта
4.1 Метод прогнозирующего управления на основе модели объекта. Основополагающие принципы, достоинства и недостатки
4.2 Синтез законов управления с использованием одношагового предиктора прямой и инверсной динамики объект
4.2.1 Базовая стратегия управления, одномерный вариант
4.2.2 Базовая стратегия управления, многомерный вариант
4.2.3 Расширенная стратегия управления
4.2.4 Частное решение для расширенной стратегии управления
4.2.5 Решение целевого функционала дискретным методом динамического программирования
4.3 Синтез законов управления с использованием краткосрочных предикторов прямой и инверсной динамики объекта
4.4 Заключение к четвертой главе
Глава 5. Синтез и исследование прогнозирующего регулятора для
САУ однозвенным нежестким манипулятором
5.1 Разработка структуры прогнозирующего регулятора на основе линейной нейросетевой модели
5.2 САУ с одним прогнозирующим регулятором по положению нежесткого звена. Схема компенсации возмущения и способ настройки регулятора
5.3 САУ подчиненного регулирования с двумя прогнозирующими регуляторами по скорости шарнира и положению нежесткого звена
5.4 Заключение к пятой главе
Заключение по диссертационной работе Список сокращений Синеок литературы
Приложение I. Реализация аналитической модели динамики планарного манипулятора с нежесткими звеньями в среде МАТЬ А В 6.
Приложение 2. Описание программноаппаратного комплекса лабораторной модели плоского однозвенного нежесткого манипулятора с моделью системой управления реального времени
Приложение 3. Реализация схем синтеза и исследования нейросетевых прогнозирующих моделей в среде МАТЬАВ 6.5 Приложение 4. Реализация САУ с прогнозирующим регулятором в среде МАТЬАВ 6.5 Акт внедрении результатов диссертации в учебный процесс и научноисследовательскую работу кафедры Автоматизированных производственных систем ДВГТУ
ВВЕДЕНИЕ


Развитием методов управления манипуляционными роботами с учетом нсжесткости звеньев занимались У. Бук , Д. Уитни i, Г. Хастингс i, С. Дубовский . Формальский, Э. К. Лавровский, Л. Д. Акуленко, II. П. Болотник, В. Е. Бербюк, М. В. Демидюк, С. В. Елисеев и др. В работе приведен достаточно широкий обзор и анализ методов и схем управления колебаниями промышленных манипуляционных роботов по состоянию на конец х начало х XX в. Общая схема традиционных по отношению к интеллектуальным САУ подходов, рассмотренных, к примеру, в , , и реализующих активное гашение колебаний через координатные приводы, состоит в введении дополнительной обратной связи ОС по деформированному состоянию звена положению характеристической точки конца звена и его производным скорости и ускорению колебаний, сигнал ОС через дополнительное корректирующее звено подается в координатный привод, содержащий основной контур регулирования положения с ОС по углу поворота шарнира звена. Передаточная функция корректирующего звена ищется как доставляющая минимум критерию эффективности гашения колебаний, выраженному через отношение интегральных квадратичных оценок упругих колебаний исходной системы и системы с дополнительной обратной связью. В работах , 5 рассмотрен подход, заключающийся в синтезе оптимального программного управления позиционным приводом шарнира с учетом деформированного состояния звена, используя методы решения обратных задач динамики исполнительного механизма, метод аналитического конструирования оптимального регулятора. В работе использовано линейное квадратичное гауссово управление и разработан оптимальный регулятор, который использует полный вектор состояния системы, включающий положения, скорости и ускорения шарнира и нежесткого звена. В 5 синтез регулятора в обратной связи iii по полному вектору состояния системы выполнен с использованием метода робастного Нх управления. В работе предложен X регулятор для управления одиозвенным нежестким манипулятором. Колебания системы демпфируются во внутреннем контуре регулятором, И регулятор внешнего контура обеспечивает устойчивость системы в условиях неопределенности динамики объекта управления. Для расширения рабочей области СЛУ применяют законы управления, учитывающие эти нелинейности. Для жестких манипуляторов в наиболее общем виде метод компенсации нелинейной динамики получил распространение в виде стратегии управления с инверсной моделью Iv i , или метода вычисляемых моментов . При использовании этого метода нелинейная многосвязная динамика манипулятора линеаризуется и подвергается декомпозиции при помощи внешней модели инверсной динамики, вводимой в контур обратной связи. Далее автономные регуляторы приводов настраиваются по результирующей линеаризованной сепаратной модели для получения желаемого качества управления. При использовании данного подхода необходима точная компенсация динамики объекта его инверсной моделью. В работе 7 показано, что динамика манипулятора с нежесткими звеньями нелинсаризуема в координатах вход системы вектор состояния, тем не менее система локально линеаризуема в координатах вход выход, если в качестве выходной переменной рассматривается положение конечной точки нежесткого звена. Однако исследование так называемой нулевой динамики i в терминах 7, связанной с внутренними ненаблюдаемыми состояниями системы, показывает се неустойчивость. Неустойчивость нулевой динамики, как заявляется в 9, означает наличие неминимальнофазовых свойств динамики системы. Получаемые в этих условиях модели инверсной динамики будут неустойчивы, что приведет к неустойчивости результирующей системы управления. Для преодоления данной проблемы в работах 3, 0 использована теория сингулярного возмущения i i для аппроксимации динамики и синтеза закона управления нежестким манипулятором. Особенность подхода, разделяющего динамику системы на быструю колебания нежестких звеньев и медленную движение шарниров, также позволяет использовать двухкомпонентную систему управления линейный регулятор используется для гашения колебаний в быстрой части, а нелинейный регулятор реализует следящее управление медленной частью.