基于滑模觀測器的機械臂故障檢測與容錯控制研究.pdf

1、隨著機械臂應(yīng)用范圍的擴大和應(yīng)用環(huán)境的逐步復(fù)雜化，對其操作和運行安全性和可靠性提出了更高的要求。機械臂是一類復(fù)雜非線性系統(tǒng)，其中執(zhí)行器作為機械臂控制系統(tǒng)的重要組成部分，其故障是導(dǎo)致控制系統(tǒng)失效的主因。目前，采用解析模型的故障檢測方法被廣泛應(yīng)用。但由于實際系統(tǒng)存在建模不確定，外界干擾以及參數(shù)攝動等問題，提高故障檢測和重構(gòu)的快速性和精度是目前研究的難點問題。進一步利用故障信息設(shè)計容錯控制器，對于提高系統(tǒng)的安全性和可靠性具有重要意義。
　

2、　在國內(nèi)外對機械臂故障檢測和容錯研究的基礎(chǔ)上，本文針對故障檢測的速度和精度較低，且控制系統(tǒng)存在抖振等問題進行了研究?；赒C-HOSMO(Quasi-ContinuousHigh-Order Sliding Mode Observer，準(zhǔn)連續(xù)高階滑模觀測器)原理，提出機械臂執(zhí)行器故障檢測與重構(gòu)方法，并依據(jù)重構(gòu)的故障信號設(shè)計容錯控制器。
　　首先，分析一類n關(guān)節(jié)剛性機械臂系統(tǒng)的動力學(xué)特性，建立正常狀態(tài)下機械臂系統(tǒng)的動力學(xué)方程。分析執(zhí)

3、行器故障產(chǎn)生的原因及主要故障類型，設(shè)有效因子和外加干擾等參數(shù)建立故障模型，構(gòu)建機械臂系統(tǒng)故障狀態(tài)的動力學(xué)方程。
　　其次，針對傳統(tǒng)滑模觀測器在機械臂執(zhí)行器故障重構(gòu)中出現(xiàn)的精度低，抖振大，以及漸進收斂等問題，構(gòu)建QC-HOSMO。利用準(zhǔn)連續(xù)高階滑?？刂圃诨Ｃ嫱膺B續(xù)控制的特性消除抖振，并保證系統(tǒng)在有限時間內(nèi)收斂至滑模面。采用RBF(Radial BasisFunction，徑向基函數(shù))神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近建模不確定部分和未知干擾部分。進一步

4、選取非奇異終端滑模面，使得系統(tǒng)狀態(tài)估計誤差在有限時間內(nèi)穩(wěn)定有界。采用等效輸出誤差注入方法，完成對執(zhí)行器實際故障的精確重構(gòu)。
　　隨后，針對出現(xiàn)執(zhí)行器故障的機械臂系統(tǒng)，采取主動容錯控制策略，利用在線重構(gòu)的精確故障信號補償系統(tǒng)故障模型。定義非奇異快速終端滑模面，保證有限時間的收斂性，避免奇異現(xiàn)象。定義軌跡跟蹤誤差，進而設(shè)計主動容錯控制器。
　　最后，針對幾類不同的故障類型進行仿真驗證。通過對比普通高階滑模觀測器和QC-HOSMO