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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳大偉
研究生(外文):Wu Dawei
論文名稱:單桿撓性機械臂之適應模糊滑動模式控制器
論文名稱(外文):An Adaptive Fuzzy Sliding Mode Controller for a One-Link Flexible Robot Arm
指導教授:王文智
指導教授(外文):Wang Wen-Jieh
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電機工程技術研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1998
畢業學年度:85
語文別:中文
中文關鍵詞:適應模糊滑動撓性機械臂
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本文提出一單桿撓性機械臂之適應模糊滑動模式控制器以進行機械臂之定位控制,並抑制不必要之振動。首先,我們利用漢米爾頓原理推導單桿撓性機械臂的伯努力-尤拉方程式,再利用假設模態法求得振動模態,以建立撓性機械臂之動態方程式。另外,我們建立一單桿撓性機械臂的實驗模型,其中,由安裝於直流伺服馬達軸上的CCD攝影機量測撓性機械臂前端的振動信號,並將此信號經由影像卡的處理而送入個人電腦,同時,安裝在馬達軸上的轉速發電機與光編碼器,亦分別量測馬達的轉速與轉角,亦將此信號經由輸入介面的處理而送入個人電腦。再經由我們所設計的控制器產生適當的控制訊號以達到定位控制的目的。 在本文中,我們首先使用複合型PD控制器作為馬達的定位控制器,經由實驗結果顯示,本法具有良好的定位控制效應。然而,卻易受前端負載變化之影響。本文採用一修正型狀態估測器以估測振動模態及振動模態的變率,並據此設計一滑動面函數;傳統滑動模式控制器在大角度運動時,對負載變動具有較佳的強健性,且能有效地抑制撓性機械臂前端的振動,但由於固定的控制輸入增益,使得在小角度運動時有較大的超越量,而且有明顯的顫震現象。 模糊滑動模式控制器的控制輸入增益由模糊邏輯產生,改善了使用固定控制輸入增益之傳統滑動模式控制的顫震現象,而且,不論大、小角度的運動,對負載變動皆具有良好的強健性,有效地抑制撓性機械臂前端的振動。另外,我們利用適應模糊推理機構以估測撓性機械臂系統不確定項之上限,以減小所需之控制輸入。經由實驗結果顯示,本文所推導之適應模糊滑動模式控制器不但對前端負載之變化具有較佳的強健性,而且控制輸入的大小及顫震現象亦比模糊滑動模式控制器小。

This paper presents an adaptive fuzzy sliding mode controller for the position control of a one-link flexible robot arm. First, we derive the Bernoulli-Euler equation of the one-link flexible robot arm using the Hamilton's principle. The dynamic equation of the one-link flexible robot arm is obtained with the assumed-modes method. A experiment setup is used to evaluate the control performance of the flexible robot arm. In the experiment, the rigid-body rotation is measured by an optical encoder mounted at the motor and the elastic deflection is measured using a camera mounted at the motor. These signals are fed into the position controller, i.e. , personal computer. By using the control algorithm, the control input is generated and used to control the motion of the flexible robot arm. First, the composite PD controller is used as the position controller, and the control performance is satisfactory. But, the performance is sensitive to the tip load. A modified state estimator is proposed to estimate the vibration mode, then, the sliding surface is designed based on the estimated states. The sliding mode controller is robust to the tip load in the large angle motion. But, the overshoot and the chattering will be obvious in the small angle motion due to the fixed control input gain. Then, a fuzzy sliding mode controller is proposed to control the motion of the flexible robot arm. The satisfactory result is obtained and the chattering phenomenon can be reduced effectively. Finally, the upper bound of the uncertainty of the flexible robot arm is estimated by using an adaptive fuzzy inference mechanism. Experiment results show that the adaptive fuzzy sliding mode controller is more robust to the tip load and has smaller control input.

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