摘要：在今天这个社会，我国作为大国崛起的十分重要的一个国家之一，我们国家在工业上的进步与发展是全世界有目共睹的。不过随之而来的也有一些问题，其中适逢重要的就是我国的劳动力使用成本快速上升，这个问题十分的严重。为了有效的解决这一问题，我们国家的相关部门制定了许多的相关的政策。其中重要的一项就是发展机器人技术。工作空间的机械臂是机器人的重要组成部分。对于工业生产来说，它更加是不可或缺的一个重要的组成部分。随着时代的发展与科学技术的进步，工作空间机械手越来越多的被用到工业的生产中去了。在绝大多数的工业机器人中，我们都能看到人工神经网络控制和自适应控制的应用。因为MATLAB是一款功能十分强大，处理数字信息，模拟仿真十分优秀的应用软件，所以我们可以利用他的上述的许多优点，利用MATLAB来对工作空间机械手进行模拟仿真。用它来对我们研究的工作空间机械手进行有力的指导，中对其进行运动控制分析和仿真计算可以为其正确设计提供有效的指导。MATLAB中有许多功能强大的 模块和函数，其中，被大家运用最多的就是s函数。s函数拥有非常强打的模拟计算的工作能力，用户可以利用简单的MATLAB的知识去书写这个函数，当然，s函数还支持另外很多的一些机器语言去书写它。无论是连续性的还是非连续性的问题，S函数都可以详尽利用数据表示出来。S函数还可以表示同一个系统中拥有多个输入量和多个输出量的复杂结构。在本次设计中，s函数可以用来建立起工作空间机械手的模拟仿真。我们首先建立工作空间机械手的数学模型，然后利用之前学习过的力学知识，对工作空间机械手进行力学分析，给出数学表达式，在拥有数学表达式的基础上，设计一个基于RBF人工神经网络控制方案。最后，利用MATLAB 的 Simulink 工具箱搭建出仿真模型的文件，接着用s函数的强大功能展现出来。用Simulink软件展现出仿真的图形，得出最终的结果。

关键词：RBF人工神经网络；工作空间机械手的数学模型；自适应控制系统；Simulink；S函数

目录

摘要

Abstract

1. 绪论-1

1.1 课题研究的背景和意义-1

1.2 机械臂的国内外发展-2

1.2.1 国外研究现状-3

1.2.2 国内研究现状-4

1.3 机械手动力学数学建模-4

1.4 控制理论的分类-5

1.4.1 经典控制理论-5

1.4.2 现代控制理论-5

2、基于计算机MATLAB的仿真-6

2.1 MATLAB的发展-7

2.2 MATLAB的特点-7

2.3 Simulink的建模与仿真-7

3、 S函数-7

3.1、S函数概述-8

3.2 S创建函数-8

4、机械臂控制方法-9

4.1 机械臂常用的控制方法-9

5、 状态空间分析-10

5.1 状态与状态空间-11

5.2 状态方程的线性变换-11

5.3 线性系统的能控性和能观性-12

5.4 状态方程的求解-13

6、 神经网络控制-15

6.1 神经网络的结构-16

6.1.1前馈网络-16

6.1.2 反馈网络-17

6.2  RBF人工神经网络的特点-17

7、 PID控制-17

7.1 PID控制的意义-18

7.2 PID控制的改进-19

7.2.1 积分饱和抑制-19

7.2.2 微分不完全时的PID算法-19

7.2.3 微分先行PID控制算式-20

7.2.4 带死区的PID控制-20

7.3 PID控制器的工程实现-20

7.4 PID参数的经验整定-21

7.4.1 PID控制器各个参数对控制性能的影响-22

7.4.2 如何整定PID的参数-23

7.4.3 采样周期的选择-23

7.4.4 PID参数的整定-23

8、 仿真-23-

9、 总结与展望-30

参 考 文 献-35

致 谢-37