柔性關(guān)節(jié)的參數(shù)辨識(shí)及自適應(yīng)控制算法研究.pdf

1、在高加/減速控制模式或重載工作條件下，關(guān)節(jié)柔性是控制系統(tǒng)中不可忽略的影響因素。隨著剛性關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制理論的成熟，關(guān)節(jié)柔性已經(jīng)成為制約機(jī)械臂控制性能進(jìn)一步提升的瓶頸。此外，隨著當(dāng)前人機(jī)安全型機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，具有本質(zhì)關(guān)節(jié)柔性的機(jī)器人正成為未來的研究熱點(diǎn)。在此背景下，本課題的研究工作擬圍繞柔性關(guān)節(jié)的參數(shù)辨識(shí)和自適應(yīng)控制兩方面展開。
　　針對(duì)柔性關(guān)節(jié)所具有的內(nèi)部彈性力矩耦合以及欠驅(qū)動(dòng)特性，本課題提出了基于彈性力矩模型的分層控制策略。針對(duì)

2、傳統(tǒng)PD控制器抗擾動(dòng)性能差的問題，在PD控制律的基礎(chǔ)上引入一種非干涉型系統(tǒng)函數(shù)估計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)未建模誤差的擾動(dòng)補(bǔ)償，從而構(gòu)建出一種結(jié)構(gòu)簡單且具有較強(qiáng)的抗干擾性能的柔性關(guān)節(jié)自適應(yīng)控制算法。引入基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制算法進(jìn)行對(duì)比，并在控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)中初步驗(yàn)證了所提控制算法的有效性。
　　針對(duì)傳統(tǒng)基于直接動(dòng)力學(xué)模型的柔性關(guān)節(jié)參數(shù)辨識(shí)方法存在對(duì)高階微分噪聲敏感的問題，本課題提出了一種基于非干涉型系統(tǒng)函數(shù)估計(jì)的間接辨識(shí)方法。該

3、方法首先構(gòu)造出一種包含所有待辨識(shí)參數(shù)的系統(tǒng)函數(shù)，然后使用該系統(tǒng)函數(shù)替代直接動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。由于系統(tǒng)函數(shù)方程中不存在角加速度等高階微分項(xiàng)，因此一定程度上解決了辨識(shí)算法對(duì)高階微分噪聲敏感的問題，提高了辨識(shí)算法的抗干擾性能。此外，該辨識(shí)算法僅利用控制系統(tǒng)現(xiàn)有的傳感器資源便可以完成柔性關(guān)節(jié)的參數(shù)辨識(shí)，不需要額外附加扭矩傳感器，以此便于工程運(yùn)用
　　為滿足柔性關(guān)節(jié)參數(shù)辨識(shí)和自適應(yīng)控制算法研究的需要，本課題設(shè)計(jì)搭建了單自由度柔性關(guān)節(jié)實(shí)

4、驗(yàn)平臺(tái)。在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過不同負(fù)載情況下，柔性關(guān)節(jié)對(duì)不同正弦信號(hào)的軌跡跟蹤控制實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本課題所提基于非干涉型系統(tǒng)函數(shù)估計(jì)的自適應(yīng)控制算法的有效性；通過彈性力矩建模誤差干擾下的軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該控制算法的抗干擾性；通過兩個(gè)不同的正弦信號(hào)激勵(lì)下的系統(tǒng)函數(shù)估計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本課題所提非干涉型系統(tǒng)函數(shù)估計(jì)方法的有效性；最后通過與傳統(tǒng)基于直接動(dòng)力學(xué)模型的辨識(shí)方法及基于積分作用的辨識(shí)方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本課題所提基于非干涉型系統(tǒng)函數(shù)估