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第1章 绪论1

1.1目的与意义1

1.2国内外研究现状3

1.2.1机械系统的同步控制策略3

1.2.2主从式机械系统的控制同步4

1.2.3机械臂系统的控制同步4

1.2.4刚柔耦合机械臂系统的控制同步5

1.3本书主要内容6

参考文献7

第2章 机械系统控制同步的基本原理9

2.1引言9

2.2同步控制的目标与稳定性判定9

2.2.1同步控制的目标及同步误差定义10

2.2.2控制同步的李雅普诺夫稳定性11

2.3同步控制器的设计11

2.3.1从系统参数已知情况下的同步控制方法11

2.3.2从系统参数未知情况下的同步控制方法13

2.4迟滞系统与Duffing系统的主从同步分析14

2.4.1从系统参数已知情况下的同步分析15

2.4.2从系统参数未知情况下的同步控制17

2.4.3非线性系统的控制同步的仿真分析20

2.4.4主从同步控制器各控制参数的影响25

参考文献28

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29

3.1引言29

3.2两自由度机械臂动力学建模30

3.2.1两自由度机械臂的运动学分析30

3.2.2两自由度机械臂的动力学分析33

3.2.3机械臂动力学模型的物理特征36

3.2.4面向机械臂系统同步控制的李雅普诺夫函数36

3.3神经元同步控制器的设计38

3.3.1神经元同步控制器的构成及特点38

3.3.2采用神经元同步控制器的两自由度机械臂模型39

3.4两自由度机械臂同步运动的实现40

3.4.1两自由度机械臂的典型运动特征40

3.4.2神经元同步控制器时间常数对机械臂运动的影响41

3.4.3系统阻尼对机械臂运动的影响42

3.5小幅摆运动和大回环运动之间转换过程43

3.5.1控制器增益变化的影响43

3.5.2角度和加速度冲击的影响44

参考文献44

第4章 基于OPCL控制器的两自由度机械臂的控制同步45

4.1引言45

4.2通用OPCL控制器模型46

4.3改进的OPCL控制器设计47

4.4基于改进的OPCL控制器同步运动仿真48

4.4.1基于改进的OPCL控制器小幅摆运动49

4.4.2基于改进的OPCL控制器大回环运动50

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51

4.5.1通向混沌的道路51

4.5.2两自由度机械臂混沌运动的实现51

4.5.3非线性参数估计58

参考文献59

第5章 摩擦力对OPCL控制系统的影响60

5.1引言60

5.2摩擦力模型60

5.2.1库仑摩擦61

5.2.2库仑摩擦＋黏性摩擦模型62

5.2.3静摩擦＋库仑摩擦＋黏性摩擦模型62

5.2.4 Stribeck摩擦模型63

5.3带有摩擦项的OPCL控制系统63

5.4黏性摩擦力对OPCL控制系统的影响64

5.4.1分岔特征64

5.4.2单周期运动65

5.4.3多周期运动66

5.4.4拟周期运动68

5.4.5混沌运动69

5.5静摩擦力项和库仑摩擦力项对OPCL的影响71

5.5.1拟周期运动71

5.5.2混沌运动73

参考文献74

第6章 基于自适应控制器的两自由度机械臂控制同步76

6.1引言76

6.2改进的MRAC-PD控制器模型及设计77

6.2.1通用MRAC - PD控制器模型77

6.2.2改进的MRAC-PD控制器设计80

6.3基于改进的MRAC-PD控制器同步运动仿真80

6.3.1基于改进的MRAC-PD控制器小幅摆运动81

6.3.2基于改进的MRAC-PD控制器大回环运动82

6.4小幅摆运动和大回环运动之间转换过程83

6.4.1不同控制器参数对同步运动形式的影响83

6.4.2不同的期望轨迹对同步运动形式的影响84

6.5两种控制方法的比较85

参考文献85

第7章 基于自适应控制器的三自由度机械臂控制同步86

7.1引言86

7.2三自由度机械臂动力学建模86

7.2.1机械臂运动学分析87

7.2.2基于拉格朗日-欧拉法的机械臂动力学分析92

7.3基于PD状态反馈的同步控制器设计101

7.4基于PD增益自适应调节的模型参考自适应控制103

7.4.1参考模型103

7.4.2 PD增益自适应控制器设计104

7.4.3稳定性分析105

7.4.4仿真分析107

7.5机械臂的鲁棒自适应控制109

7.5.1自适应控制器设计109

7.5.2仿真分析113

参考文献115

第8章 三自由度机械臂鲁棒同步轨迹跟踪控制117

8.1引言117

8.2机械臂常用的轨迹跟踪方法118

8.3鲁棒同步轨迹跟踪控制器设计引理120

8.4鲁棒同步轨迹跟踪控制器设计121

8.5仿真分析122

参考文献128

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129

9.1引言129

9.2三自由度冗余机械臂的动力学系统模型130

9.2.1机械臂运动学分析130

9.2.2机械臂动力学分析133

9.3主从机械臂末端轨迹同步控制器设计135

9.3.1主从式机械臂的末端轨迹同步运动控制方法135

9.3.2仿真分析137

9.4从机械臂参数未知的自适应PD同步控制141

9.4.1模型参考自适应控制141

9.4.2自适应同步控制器的设计142

9.4.3仿真分析148

9.5主从机械臂同步系统的控制实现150

9.5.1轨迹规划的实现150

9.5.2仿真分析153

参考文献155

第10章 刚柔耦合机械臂的控制同步156

10.1引言156

10.2柔性机械臂的建模与动力学特性156

10.2.1柔性多体系统的建模157

10.2.2 混合坐标法158

10.2.3变形描述159

10.2.4模态叠加160

10.2.5一次近似耦合模型164

10.2.6大范围运动已知的动力学仿真167

10.2.7大范围运动未知的动力学仿真169

10.3刚柔耦合机械臂的控制同步171

10.3.1基于反馈策略的同步控制器设计171

10.3.2仿真分析174

10.3.3控制参数的影响176

参考文献178

附录A平面三自由度机械臂动力学模型179

附录B系统机械臂动力学系统模型的线性化处理180