基于信号补偿的机械臂鲁棒控制器设计与实现[J].docxVIP

!# $%%%%%’()# $$***+,#清华大学学报 -自然科学版.*%%年 第 (卷 第 (期/01245678329-:2;0:5.= *%%=?@A(= #@B(C,(%(C+(C基于信号补偿的机械臂鲁棒控制器设计与实现廖武= 钟宜生= 石宗英-清华大学 自动化系=北京 $%%%D(.摘要E为 了 解 决 基 于 信 号 补 偿 的 鲁 棒 控 制 方 法 在 实 际 系隙等不利因素的影响=及输入幅度的限制等=因此在统中的设计和实现问题!将该方法应用于实际机械臂系统的控制器设计在分析了实际控制器设计与理论设计之间的差异的基础上!针对实际系统对控制器设计的 约 束!提 出 了 可采取的措施!并提出了相应的控制器设计及 调 节 方 法!即 首先设计单关节子系统标称控制器和鲁棒补偿器!然后再进行多关节鲁棒控制器的统调将该方法用于实际的二自由度平面机械臂系统的鲁棒控制器设计!进行了物理实现和控制实验!获得了期望的控制结果关键词E机械臂#鲁棒控制#鲁棒补偿器#非线性系统实际系统中难以获得期望的控制性能G本文将文2’=3中提出的基于信号补偿的鲁棒控制方法应用于实际多自由度机械臂控制系统的设计=讨论实际控制器设计方法与理论设计方法之间的差异=分析设计实际控制器时受到的约束和应当采取的相应措施=提出相应的控制器设计及调节方法=并将所提出的方法进行物理实现和控制实验G 问题的描述中图分类号E0O*($B*文献标识码EP4连 杆 刚 体 机 械 臂 系 统 的 动 力 学 模 型 可 以 用文章编号E$%%%%%’(-*%%.%(%(C+%(5747346A)方程表示为2$=C3; ; ;QRSTVWVXYRWZ[W\]V]^Y]_‘S\aWVT‘Z\Yc]V\]ZRYS_WSRX]VSTVWZc]abRVSW\]Vdeghi=jkglmnoqrst=ukejvstwot-$.@速度矢量G6-7.AB4C4为惯量矩=其具有对称正定的 特 性0:-7=@7.@7A B4 为 哥 氏 力 矩1离 心 力 矩0-QRbWY\aRV\]^x‘\aW\]V=ySTUz‘W{VTRYST}=~RTU###$%=zTW.x_S\Wc\ ’@(61N:@3N@AIN@L1(71L@31237A:@I*317N@37**AL N L123 +))7AI7326AN)1K1NI1BP37A11@+N@矩=?AB4为 4维关节驱动力矩向量0?AB4为关节 扰 动 力 矩 向 量=或 者 称 之 为 输 入 干 扰=可 能 和 DAI27N@31@+:@3N@A L1231+))7A1K1NI1,7161LN@L9A*@2$=C37 :@3N@A L123 IN@L 73L 7L-1NI3N *)@:L6B ’@(61N:@I*317N 17+1NL123L+)-2N16(1K1NI1,25N)(61N:@3N@A1N3N3L+)N,5@AI7326AN B05IN@L4794@@L 16A1,537**ALN@N5L123@+7)(61N:@3N@A)+)77AN @L4@++L@I I7326AN)1K1NIB.R}/]YXSE I7326AN)0 )(61N :@3N@A )(61N :@I*317N)03@3A37 1K1NI多自由度机械臂系统是一个高度非线性1强耦合的系统G对此类系统已开展了广泛的研究并且提出了各种各样的控制方法2$3=主要有计算力矩法1自适应控制1鲁棒控制2*3以及多种控制方法的综合方法2+=(3等G然而=由于现有的大多数算法缺乏对实际因素的考虑=在实际系统中=不仅机械臂系统的相关参数难以精确测得=而且还受到摩擦1外界干扰1间略 驱 动 回 路 电 气 时 间 常 数=则 驱 动 力 矩 向 量 近 似为2F3; ;其中E:E1:分别为力矩常数矩阵和反电动势常数矩阵=F为电机的电枢电阻矩阵=H为驱动电压向量=?I:F $HG将上式的 ?代入式-$.=得; ; ;其中 J-@7.=-@7.9:EFG$:@7B收稿日期E*%%’%+$基金项目E国家自然科学基金资助项目 -%+C(%+’.作者简介E廖武-$FCF.=男-汉.=湖南=硕士研究生G通讯联系人E钟宜生=教授=博士生导师=HI72EJK1L76MI72BN24567BL6B:3B3) H 86-7.79 :-7=7.79 -7.9 =-7. ?9 ?=其中 71717AB 分别表示关节角位移1速度和加48U T T b W]Y U Tf p-7.AB 为 4维重力矩0=-7.AB 为 4维 摩 擦 力44T | \!V VY E