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使用冗余机器人的人工有限驱动控制 ANATOLE LOKSHIN JPL, Pasadena, California, U.S.A. and SUKHAN LEE USC, Los Angeles, California, U.S.A. (Received: 3 May 1989) 译者：罗良玉 摘要：本文介绍了一种新的机械操纵控制方法，它允许使用外部的精确线性化技术（EEL）的情况下，当然执行器的局限性也不容忽视。通过引入额外自由度的系统传递函数，该方法允许致动器在初始总预置运动是在饱和模式下工作的，然后自动切换到精细定位高增益线性模式 （定位） 的跟踪它的误差小。该技术是一个更有效的使用致动器的方法，从而可以使工业上更小和更轻的电机系统的动力学特性没有明显的损失。 关键词：控制理论、 机械臂、 精确的外部线性化技术、 致动器。 1 简介 控制理论的必威体育精装版发展已使人们清楚了解人工冗余的系统冗余的重要性。最广为人知的例子是冗余的结构驱动机器人的操纵使用。通过利用系统内部的运动，可以实现障碍或回避。 此外可以应用一种具有非线性系统的人工冗余概念控制。通过引入本地反馈，一些 内部 的运动控制系统成为隐形为其输入-输出映射在一些制度中的操作，使成为其他的关键。在本文中，我们演示如何将这种方式使用的人工冗余用于硬限制为可用驱动机器人的控制。 众所周知，即选用合适的非线性反馈法可以使一个机器人手臂的行为，为一组解耦的双集成的输入输出检测。有几种技术可以允许这样的转变。EEL的机械操纵一个很好的讨论，请参阅 [10] 家专卖店[5] 通常在所有这些方法，执行器的限制，避免通过选择合适的轨迹，更小的载荷等，饱和执行器被视为一种必要的恶，希望它是偶然的，的实际信号所需的都不是很不同的。 这样的假设的提出严格限制了，对操作臂的性能，因为它是一个显着的实用优点操作致动器在其最大的水平尽可能长的 [6]。[14] 时间最优操纵器要求至少一个关节在任何一个时间是饱和的。作为一个较为平淡的例子，通常需要良好的伺服系统驱动的限制，在最初的总的定位模式，同时提供了高精确的线性性能在一个小的错误的最终定位或跟踪模式。图1显示了一个阶跃函数输入一的双积分厂与PD控制器执行器的反应清楚地说明了执行器效率的重要性饱和的议案。人们可以看到，致动器的动态范围的90％的过程中使用的第一个5 ％的系统的瞬态。因此，大部分的时间致动器的严重的未充分利用。过程中的初始运动阶段时，误差大，饱和执行器，但是如果不引起任何明显的损失，系统的动态性能，更小的电机，这将导致一个更有效的操作。 时间 图1。PD 控制： 转矩 这是众所周知的，系统的性能在饱和时大多周围的非线性连结[3]由对应的传递函数定义。在一个传统的单回路系统中，这作为返回配给开环传递函数的线性系统的功能是相同的。输出关系在一个线性模式的误差和非线性操作错误是大是小，取决于相同的传递函数。 因此，该系统的输入这种缺乏自由地塑造了系统的响应程度严重限制的线性控制器，允许即使偶尔有一些执行器饱和度 [12]。一个额外的反馈回路的非线性元件的周围引入一个额外的插入系统的设计的自由度，并允许一个去耦的线性和非线性的输入-输出关系 [8]。但是，在硬限制致动器的情况下，嵌入到结构本身非线性，因此，一个单独的反馈回路不能提供周围的非线性。 在本文余下部分，我们描述了一种新方法，它允许操纵容忍显着的饱和度，其线性的动力性能没有损失。[10] [11，12] 该方法的基础上描述和以前报告的非线性动态补偿一样的。 第 2 节中我们 SISO LTI 系统，这种控制器特别是为发展的一种双积分系统集成机构，尽可能精确外部线性化，由于是机器人控制特别感兴趣的案例。第 3 节中方法被扩大 修改计算扭矩技术开发的作者通过 MIMO 非线性机器人动力学的情况。节 4 介绍了与致动器限制的平面两臂计算机模拟的结果。附录载有一些正式的证据。 2.SISO系统具有饱和性 通常要求对控制系统的设计，如快速响应和深反馈循环，该循环周围通常受到的严重制约因素的实际考虑系统应允许偶尔执行器 （放大器等），饱和度。通常快速、 高增益系统变得不稳定下饱和度 [4] 的转储的系统变得过于缓慢。 事实上，让其中一个具有由PID控制器控制的双集成处理器。由于装置本身的强积分行动，PD 控制器就足够了。让它应要求提供转储的系统瞬态无超调，通常是机械手的议案的理由。PD 控制器的拉普拉斯表达式是 （1) 一个集成结构双系统的开环传递函数为