模型不确定的主从式机械臂系统同步控制研究

• 作 者: 严超
• 出 处: 南京邮电大学
• 发表日期: 2021年03期
• 关键词: 机械臂系统 脉冲控制 模型不确定 欺骗攻击 通信时延

随着经济的发展和科技的进步,越来越多的机械设备被应用到日常生活与工业生产中,机械臂作为一种常见而又实用的装置,在如今的生产生活中扮演着越来越重要的角色。机械臂是一类具有强耦合、非线性、时变等复杂动力学特性的装置,且存在各种不确定性因素,例如系统未建模动态、外部负载变化、参数测量误差、外部干扰及外部攻击信号等,导致无法获得机械臂的精确数学模型。由于这些不确定因素的存在,对机械臂系统控制性能造成严重影响,尤其是对于一些需要高精度、高性能运行的系统,研究系统模型存在不确定性和外部干扰等情况下的控制问题就显得尤为重要。本文主要针对机械臂系统通信通道可能遭受来自外部攻击者的欺骗攻击以及模型存在不确定性的情况进行研究,提出了一些有效的控制理论与算法。本文的主要研究内容如下:首先,对机械臂的数学模型进行建模分析并给出了一些基于动力学方程式的基本性质,其次,简要介绍了图论矩阵分析理论以及李雅普诺夫稳定性理论,为后续研究提供数学基础。然后关于主从式多机械臂系统的同步控制问题,设计了三种有效的控制策略。第一,对于主从式多机械臂系统在遭受欺骗攻击的情况下进行同步控制问题的研究。将系统受到的攻击信号描述成符合Bernoulli分布的随机序列,以随机概率来分别表示系统受到攻击与安全两种情况,提出了一种基于脉冲控制的同步策略,并通过对二连杆机械臂进行仿真验证所设计的控制律的有效性。第二,主要研究主从式多机械臂系统在遭受欺骗攻击和存在通信时延的情况下的同步控制问题,设计一种基于脉冲控制的同步控制策略,该控制器仅使用离散时刻每个机械臂及其邻居的采样数据,并基于一种处理延迟脉冲的方法,得出一个一般的充分共识条件。最后,给出仿真例子来验证理论结果的有效性。第三,主要研究机械臂模型存在参数不确定性且系统的通信通道可能遭受欺骗攻击的情况。将对系统进行攻击的干扰信号量与机械臂模型参数的不确定量进行估计,然后结合非线性滤波器通过反步法设计同步控制策略,最后仿真实例证明了控制算法良好的跟踪能力。最后,对本文的主要研究结果进行总结,指出研究中存在的一些不足之处,并对后续的进一步研究进行了展望。