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研究生: 鄭景文
Ching-Wen Cheng
論文名稱: 雙軸機械手臂之適應性模糊滑動模式控制
Adaptive Fuzzy Sliding-Mode Control of a Two-Link Robot Manipulator
指導教授: 呂有勝
Lu, Yu-Sheng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 機電工程學系
Department of Mechatronic Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 70
中文關鍵詞: 機械手臂適應性模糊補償器干擾估測器
英文關鍵詞: Robot manipulator, Adaptive fuzzy compensator, Disturbance observer
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:402下載:38
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  • 本研究之目的是針對機械手臂之循軌控制提出適應性模糊滑動模式控制。於系統模型部份已知的情況下,運用極點配置法來設計標稱控制器給予機械手臂之理想動態,並透過滑動模式干擾估測器及適應性模糊補償器將系統的不確定性及外部干擾予以補償。
    利用滑動模式干擾估測器來提昇整體控制架構之初始性能,並對於未知的干擾給予快速有效的補償,以提升控制架構的強健性能。適應性模糊補償器透過自訂適應性法則,將控制系統中的未知干擾建模於模糊規則庫;當建模完成便可依據系統之狀態,查得目前的系統干擾,以達到即時的干擾補償,因此可進一步改善滑動模式干擾估測器補償的相位落後問題。
    本文實驗平台之架構上,採用美國德州儀器公司(Texas Instruments, TI)所生產之TMS320C6713 DSP搭配具FPGA之自製擴充子板為實驗平台。在FPGA方面,以硬體描述語言(VHDL)撰寫Encoder, A/D與D/A等週邊界面程式;在控制器實現上,利用TI所提供的Code Composer Studio (CCS)環境下以C/C++撰寫控制器程式並下載到DSP上執行。經由自製的雙軸機器手臂實驗平台進行追圓軌跡控制,結果顯示能有效提升循軌的表現及降低循軌誤差。

    A scheme of adaptive fuzzy sliding-mode control is proposed in this paper to deal with highly nonlinear dynamics of robotic manipulators for trajectory tracking. By using a simplified model, a nominal controller is obtained by pole placement design to specify ideal closed-loop dynamics. Then, an adaptive fuzzy compensator augmented with a sliding-mode disturbance observer (SDOB) compensates for system uncertainties and external disturbances.
    The SDOB ensures well transient performance and compensates well for unknown perturbation. In addition, the adaptive fuzzy compensator is used to model an unknown disturbance according to the proposed adaptive law. When the perturbation has been well modeled, the control system can efficiently compensate for the disturbance, avoiding the phase-lag problem associated with the SDOB.
    The experimental system for studies on a two-link robotic manipulator tracking a circular trajectory contains a DSP/FPGA system, which is the control kernel. We use C language and very-high-speed hardware description language (VHDL) as tools for developing a servo control system. The experimental results show that the proposed scheme improves the tracking performance and decreases the tracking error.

    摘 要 I ABSTRACT II 致 謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 論文架構 3 第二章 系統描述 5 2.1 實體系統系統架 5 2.1.1 系統架構簡介 5 2.1.2 硬體設備 6 2.1.3 系統之位置與速度回授 8 2.2 系統模型描述 10 第三章 雙軸機械手臂之適應性模糊滑動模式控制架構 13 3.1 模糊控制器架構說明 13 3.1.1 模糊控制器的組成 13 3.1.2 模糊控制器設計 14 3.2 適應性模糊滑動模式 20 3.3 LYAPUNOV穩定性證明 23 第四章 模擬及實驗 26 4.1 模擬方式 26 4.2 模擬結果 28 4.2.1 標稱控制器 28 4.2.2 SDOB控制模式 31 4.2.3適應性模糊滑動式模式控制(AFSMC) 33 4.3 實驗方式 42 4.4 實驗結果 42 4.4.1 標稱控制器 42 4.4.2 SDOB控制模式 45 4.4.3適應性模糊滑動模式控制(AFSMC) 47 第五章 結論 59 5.1 結論 59 5.2 未來展望 59 參考文獻 60 附錄A TI TMS320C6713 DSK簡介 63 附錄B 自製TI TMS C6X DSK擴充子板簡介 67

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