Entwurf von Zustandsschätzern für Multiratenabtastsysteme zur Lageregelung eines Roboterarms:
Gespeichert in:
1. Verfasser: | |
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Format: | Abschlussarbeit Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2014
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Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
Schriftenreihe: | Fortschrittberichte VDI
Reihe 8, Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik ; 1236 |
Schlagworte: | |
Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
Beschreibung: | XII, 230 S. Ill., graph. Darst. |
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INHALTSVERZEICHNIS
VERWENDETE ABKUERZUNGEN UND SYMBOLE VIII
1 EINLEITUNG 1
1.1 MOTIVATION 1
1.2 POSITIONIERUNG MITTELS FUNKORTUNG 2
1.3 ZIELSETZUNG UND GLIEDERUNG DER ARBEIT 4
2 DARSTELLUNG DES VERSUCHSSTANDES 8
2.1 KONSTRUKTIVE AUSLEGUNG 8
2.1.1 GRUNDAUFBAU 8
2.1.2 ELEKTRISCHE AUSRUESTUNG 9
2.1.3 MESSTECHNIK, ECHTZEITSYSTEM UND ENTWICKLUNGSUMGEBUNG .... 9
2.2 RADAR MIT INVERSER APERTUR - MISAS 10
2.2.1 BEGRIFFSKLAERUNG 10
2.2.2 FUNKTIONSPRINZIP DES RADARS 11
2.2.3 FUNKTIONSPRINZIP DER ORTUNG 13
2.3 NICHTLINEARE MODELLBILDUNG DES VERSUCHSSTANDES 16
2.3.1 SYSTEMDARSTELLUNG ALS NICHTLINEARE ZUSTANDSGIEICHUNG 16
2.3.2 ABLEITUNG DER MESSGLEICHUNGEN 19
3 VERFAHREN DER ZUSTANDSSCHAETZUNG 22
3.1 ZEITINVARIANTE LINEARE ABTASTSYSTEME 22
3.2 ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG VON ABTASTSYSTEMEN 23
3.2.1 DISKRETE LINEARE ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG 23
3.2.2 DISKRETE NICHTLINEARE ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG 24
3.3
LINEARES
KALMAN
-FILTER
24
3.4 STATIONAERES-DISKRETES
KALMAN
-FILTER 25
3.5 ERWEITERTES
KALMAN
-FILTER 26
3.6 UNSCENTED KAIMAN-FILTER 27
3.6.1 UNSCENTED TRANSFORMATION 27
3.6.2 ALGORITHMUS DES UNSCENTED KAIMAN-FILTERS 29
3.6.3 SIGMA-POINT KAIMAN-FILTER 32
4 EINFAEHRUNG ZU MULTIRATENABTASTSYSTEMEN 33
4.1 ABTASTFOLGEN FUER MULTIRATENABTASTSYSTEME 34
4.1.1 GANZZAHLIGE ABTASTRATENERHOEHUNG - INTERPOLATION 35
4.1.2 GANZZAHLIGE ABTASTRATENVERRINGERUNG - DEZIMATION 36
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VI INHALTSVERZEICHNIS
4.2 ZEITDISKRETISIERUNG LINEARER MULTIRATENABTASTSYSTEME 37
4.2.1 ALLGEMEINE DARSTELLUNG VON MULTIRATENABTASTSYSTEMEN 37
4.2.2 BESCHREIBUNGSFORMEN LINEARER MULTIRATENABTASTSYSTEME 39
4.3 STABILITAET UND BEOBACHTBARKEIT VON MULTIRATENABTASTSYSTEMEN 51
4.3.1 STABILITAET LINEARER MULTIRATENSYSTEME 51
4.3.2 BEOBACHTBARKEIT LINEARER MULTIRATENSYSTEME 53
5 ZUSTANDSSCHAETZERENTWURF FUER LINEARE MULTIRATENSYSTEME 54
5.1 VORARBEITEN ZU LINEAREN MULTIRATENBEOBACHTERN 56
5.2 ENTWURF VON ZUSTANDSSCHAETZERN FUER PZV-SYSTEME 59
5.2.1 LOESUNG DES PZV-FILTERPROBLEMS 60
5.2.2
LOESUNG PERIODISCHER RICCATI-GLEICHUNGEN
62
5.3 ENTWURF GESAMTHEITLICHER ZUSTANDSSCHAETZER DURCH NUMERISCHE
OPTIMIERUNG 64
5.3.1 LZI-BEOBACHTERSTRUKTUR 64
5.3.2 FORMULIEREN DES SCHAETZPROBLEMS 65
5.3.3 STRUKTUR DER FILTERMATRIX 70
5.3.4 ANWENDUNG AUF BEISPIELSYSTEME 73
5.4 SCHRITTWEISER OPTIMALER SCHAETZERENTWURF 76
5.4.1 ZERLEGUNG DES SCHAETZERPROBLEMS 76
-5.4.2 BETRACHTUNG DES LETZTEN BASISSCHRITTS 77
5.4.3 BETRACHTUNG DER RESTLICHEN BASISSCHRITTE 78
5.4.4 ANWENDUNG AUF BEISPIELSYSTEME 80
5.4.5 ZUSAMMENFASSUNG 81
5.5 VERGLEICH DER MULTIRATENZUSTANDSSCHAETZER IN DER SIMULATION 81
5.6 BEOBACHTERENTWURF DURCH POLVORGABE FUER LINEARE
MULTIRATENABTASTSYSTEME 84
5.6.1 BEOBACHTERGLEICHUNG 84
5.6.2 ENTWURFSPROBLEM 90
5.6.3 ENTWURF VON AUSGANGSRUECKFUEHRUNGEN DURCH POLVORGABE 91
5.6.4 BEISPIELENTWURF AM ROBOTERARM 95
5.6.5 ZUSAMMENFASSUNG 99
5.7 SCHRITTWEISER BEOBACHTERENTWURF 100
5.7.1 REKURSIVER SCHRITTWEISER BEOBACHTERENTWURF 100
5.7.2 UNABHAENGIGER SCHRITTWEISER BEOBACHTERENTWURF 106
5.8 VERGLEICH DER MULTIRATENBEOBACHTER IN DER SIMULATION 109
5.9 TESTS AM VERSUCHSSTAND 111
5.10 DISKUSSION DER SCHAETZERENTWUERFE FUER LINEARE MR-SYSTEME 112
5.11 ZUSAMMENFASSUNG BEOBACHTER- UND SCHAETZERENTWURF LINEARER MR-SYSTEME
117
6 ZUSTANDSSCHAETZER FUER NICHTLINEARE MULTIRATENSYSTEME 119
6.1 MESSDATENFUSION IN MULTIRATENSYSTEMEN OHNE ZEITVERZOEGERUNG 120
6.1.1 LITERATURRECHERCHE ZUM MR-BEOBACHTERENTWURF 120
6.1.2 DATENFUSIONSKONZEPTE 122
6.2 FUSION ZEITVERZOEGERTER MESSUNGEN IN MULTIRATENABTASTSYSTEMEN 127
6.2.1 DAS ZUSTANDSSCHAETZPROBLEM MIT VERZOEGERTEN MESSUNGEN 128
INHALTSVERZEICHNIS VII
6.2.2 FILTERMETHODEN, DIE MESSDATEN BEI IHREM EINTREFFEN FUSIONIEREN .
129
6.2.3 OOSM-FILTERUNG DURCH ZUSTANDSERWEITERUNG 132
6.3 MR-SCHAETZUNG AM ROBOTER 145
6.3.1 UMSETZUNG AM SYSTEM MIT KLEINERER VERZOEGERUNGS-ALS ABTASTZEIT 146
6.3.2 UMSETZUNG AM SYSTEM MIT GROESSERER VERZOEGERUNGS- ALS ABTASTZEIT 149
7 REGELUNGSKONZEPT DES ROBOTERARMS 151
7.1 STRUKTURELLER AUFBAU DES REGELUNGSKONZEPTES 151
7.2 BEISPIELTRAJEKTORIE 155
7.3 VERIFIKATION DES POSITIONIERUNGSKONZEPTES IN SIMULATION UND MESSUNG
. . 158
7.3.1 SIMULATIONSERGEBNISSE DER TRAJEKTORIENFAHRT 159
7.3.2 SIMULATIONSERGEBNISSE FUER DAS ANFAHREN FESTER ARBEITSPUNKTE . . .
162
7.3.3 MESSERGEBNISSE DER TRAJEKTORIENFAHRT MIT SIMULIERTEM MISAS . . 165
7.3.4 MESSERGEBNISSE FUER DAS ANFAHREN FESTER ARBEITSPUNKTE MIT SIMU
LIERTEM MISAS 167
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 170
A MODELLIERUNG DES ZWEIACHSIGEN ROBOTERSYSTEMS 173
A.L NICHTLINEARE MODELLBILDUNG DES VERSUCHSSTANDES 173
A.2 LINEARISIERTE ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG DES ZWEIACHSIGEN
ROBOTERSYSTEMS 177
A.3 IDENTIFIKATION VON REIBPARAMETERN 178
B DARSTELLUNG ZEITINVARIANTER ABTASTSYSTEME IM ZUSTANDSRAUM 180
B.L KONTINUIERLICHE LINEARE ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG 180
B.2 DISKRETE LINEARE ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG 181
B.3 KONTINUIERLICHE NICHTLINEARE ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG 182
B.4 DISKRETE NICHTLINEARE ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG 182
B.5 LINEARISIERUNG NICHTLINEARER ZEITDISKRETER ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNGEN
. . . 183
B.6 BEOBACHTBARKEIT VON ABTASTSYSTEMEN : 184
C THEORIE DER
BAVES
-REKURSION ZUR OOSM-MULTIRATENFILTERUNG 187
D DETAILS ZUM REGELUNGSKONZEPT 190
D.L POSITIONSREGELUNG DURCH EXAKTE EINGANGS-ZUSTANDS-LINEARISIERUNG .
... 190
D.2 POSITIONSREGELUNG MIT HILFE EINER ZWEI-FREIHEITSGRADE-STRUKTUR 196
D.3 STOERGROESSENKOMPENSATION 210
E IM REGELUNGSKONZEPT VERWENDETE PARAMETER 213
E.L PARAMETER DES VERSUCHSSTANDES 213
E.2 DATEN FUER DEN REGLER- UND BEOBACHTERENTWURF 216
STUDENTISCHE ARBEITEN UND VEROEFFENTLICHUNGEN 218
LITERATURVERZEICHNIS 219
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