力矩受限不確定機(jī)器人系統(tǒng)的魯棒性分析與設(shè)計(jì).pdf

1、迄今為止,幾乎所有控制器的設(shè)計(jì)建立在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器能產(chǎn)生任意力矩的基礎(chǔ)上;而實(shí)際上受物理?xiàng)l件限制,驅(qū)動(dòng)器的輸出力矩是有界的,這樣導(dǎo)致控制品質(zhì)的惡化甚至控制失敗.因此考慮到關(guān)節(jié)傳動(dòng)裝置有限驅(qū)動(dòng)能力的控制器設(shè)計(jì),很具實(shí)踐意義的.實(shí)際上,具有執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和特性的控制問(wèn)題正逐漸受到重視.本文所研究的如下三個(gè)控制問(wèn)題,也正是考慮了這個(gè)實(shí)際情況.第一,魯棒PID控制算法.在控制信號(hào)受限制的條件下,由于積分作用,往往導(dǎo)致控制器的積分失效而造成系統(tǒng)控制品質(zhì)的

2、惡化甚至不穩(wěn)定.對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)不確定的機(jī)器人,分別考慮力矩輸入未受限和受限兩種情況,發(fā)展了一種全新的魯棒非線性PID算法,保證了閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定.一方面,該控制器信號(hào)的"預(yù)整形"過(guò)程限制了積分環(huán)節(jié)的作用,避免傳統(tǒng)PID控制的積分失效和穩(wěn)定性差問(wèn)題,保證了系統(tǒng)的控制品質(zhì),同時(shí)大大提高其魯棒性.這是迄今為止最為簡(jiǎn)單有效的防積分失效算法.另一方面,控制器中的所有信號(hào)通過(guò)一個(gè)連續(xù)分段可導(dǎo)遞增函數(shù)向量的"預(yù)整形",保證了所有控制信號(hào)的有界性,從而解

3、決了力矩輸入受限的問(wèn)題.第二,魯棒并行位置/力控制算法.力控制是機(jī)器人控制中的難點(diǎn).由于對(duì)環(huán)境或者操作對(duì)象的力學(xué)和幾何特性建摸的困難和復(fù)雜性,幾乎所有相關(guān)文獻(xiàn)上的工作僅僅分析了簡(jiǎn)單的具有平面約束和線性力學(xué)模型的力控制問(wèn)題,忽略了實(shí)際環(huán)境復(fù)雜的幾何和力學(xué)特性及其不確定性.針對(duì)上述不足,對(duì)于不確定機(jī)器人和復(fù)雜環(huán)境(即非平面約束和非線性力學(xué)模型),本章提出一種新的魯棒并行位置/力控制算法,分別考慮了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)不確定性、環(huán)境不確定性包括幾何

4、和力學(xué)模型的不確定性以及有限關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩的工程實(shí)際問(wèn)題,證明了系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性.相比于其它一般的并行位置/力控制算法,本算法有效地解決了控制器失效和力控制魯棒性問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定.第三,魯棒自適應(yīng)控制算法.自適應(yīng)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性一直是控制理論所關(guān)心的問(wèn)題,并且也有一些相應(yīng)的魯棒策略,但都以犧牲系統(tǒng)的控制品質(zhì)為代價(jià).近年來(lái)自適應(yīng)系統(tǒng)的(瞬態(tài))控制品質(zhì)廣受關(guān)注.針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題,提出一種新型的簡(jiǎn)單魯棒自適應(yīng)控制算法.該算法與