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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊乾源
研究生(外文):Yang Chien Yuan
論文名稱:六桿線性馬達驅動平台之學習控制律設計
指導教授:范志海范志海引用關係
指導教授(外文):Chih-Hai Fan
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:機械與航太工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:學習控制史都華平台線性馬達工具機
外文關鍵詞:learning controlHexaglideStewart Platformlinear motormachine tool
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本論文是針對六軸滑動機(Hexaglide)做運動分析、工作空間模擬,動態分析及學習控制律設計的探討。我們依事先規劃的平台路徑及逆向運動分析求得平台運動時六個線性馬達相對應的位置。再經由動力學分析可得平台運動時馬達相對應的施力,進而推導出Hexaglide的動態方程式。
在運動控制方面,本論文將每個線性馬達視為一獨立系統,以單一輸入單一輸出(SISO)之線性控制來實現Hexaglide之運動控制。在控制理論方面採用SP-D 型態之學習控制理論,在位置誤差的部分代入似自然位能函數(quasi-natural potential function),並證明此控制迴路滿足被動性(passivity)的條件,進而作電腦模擬。首先,規劃平台路徑經由逆向運動學求得每個馬達的位置,經由動力學分析及系統動態方程式求出馬達第一次的作用力,經由不斷的重覆學習修正馬達作用力,使平台軌跡誤差逐次收斂至理想值。在模擬中並與PD控制器比較其收斂情形,由結果可知當平台受一可變負載時,學習控制器收斂情形優於PD控制器。以工具機的特性來說,學習控制應是一個合適的控制方法。

This paper simulates and analyzes the motional behavior and working spaces of a Hexaglide. The specified platform pathways are given and the relative positions of six linear motors are then found by using reverse motional analysis. A simplified dynamic model of the Hexaglide is used to desire the actuating force of six motor. Each linear motor and its associated controller is considered decoupled from other motor and controller. Therefore, each linear motor is described as SISO (Single-In-Single-Out) linear controller system. The quasi-natural potential function are introduce for the learning controlled and passivity property of residual dynamic of Hexaglide follow. The sufficient conditions for the convergence of tracking error are derived. In computer simulation, the actuating forces for each motor are modified with repeated practices and the path error are reduce. The result from computer simulation indicates that the learning controller is better then the PD controller when the Hexaglide subjected to variable loading. In tooling machine perspective, learnable control should be an appropriate way of control.

目 錄
摘要…………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………Ⅱ
誌謝…………………………………………………………………Ⅲ
目錄…………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄………………………………………………………………Ⅵ
表目錄………………………………………………………………Ⅷ
第一章 緒論…………………………………………………………1
1-1 研究動機…………………………………………………………1
1-2 文獻回顧…………………………………………………………2
1-3 本文簡介…………………………………………………………3
第二章 運動分析………………………………………………………4
2-1座標系統選定………………………………………………………4
2-1-1記號表示法………………………………………………………4
2-1-2平台座標系統之選定……………………………………………4
2-1-3轉換矩陣…………………………………………………………5
2-2平台架構簡介………………………………………………………6
2-3逆向運動(Inver kinematics)方程推導………………………8
2-4前向運動(Forward kinematics)方程推導……………………11
第三章 平台之工作空間分析…………………………………………13
3-1理論推導……………………………………………………………13
3-2工作空間的幾何描繪………………………………………………15
3-3模擬結果……………………………………………………………18
第四章 學習控制理論分析……………………………………………23
4-1控制系統架構………………………………………………………23
4-2學習控制的定義……………………………………………………24
4-3學習控制的方法……………………………………………………25
4-4被動性(Passivity)與耗散性(Dissipativity)……………26
4-5重複式學習控制基本架構…………………………………………27
4-5-1一般學習控制的架構……………………………………………27
4-5-2改善後學習控制架構……………………………………………27
4-6動力學分析及平台動態方程式……………………………………30
4-7 Hexaglide的學習控制器的設計…………………………………32
4-7-1 PD回授的型式…………………………………………………32
4-7-2加入似自然位能函數……………………………………………33
第五章 模擬結果………………………………………………………38
5-1 平台做等加速直線運動…………………………………………38
5-2平台做等速圓周運動………………………………………………45
第六章 結論與未來展望………………………………………………59
6.1結論…………………………………………………………………59
6.2未來展望……………………………………………………………59
參考文獻………………………………………………………………60

參考文獻
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[6]Suguru Arimoto “Learnability and Adaptability from the Viewpoint of Passivity Analysis”, Factuly of Engineering The University of Tokyo.
[7]Sadao Kawamura,Fumio Miyazaki,and Suguru Arimoto,“Realization of Robot Motion Based on a Learning Method”, IEEE Trans.on Systems.Man.andCyber, Vol.18, No.1, Janurary/February, pp.126-134, 1988.
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[9]S .Arimoto, “A class of quasi-natural potential and hyper —stable PID servo-loop for nonlinear robotic system”, Trans. SICE , 30 (1994), pp.1005-1012.
[10]S Arimoto, “Fundamental problems of robot control : Part I Innovation in the realm of robot servo-loop” ,Robotica , 13(1995),pp. 19-27.
[11]S Arimoto, “Fundamental problems of robot control : Part Ⅱ A nonlibear circuit theory towards an understanding of dexterous motions. “ Robotica , 13(1995)pp. 111-122.
[12]何文恩,”電腦輔助設計在史都渥平台之應用”,1998年,中華大學碩士論文。
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[14]陳俊瑋,”飛行平台之動感模擬與系統研製”1999年,中華大學碩士論文。

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