基于信号补偿的机械臂鲁棒控制器设计与实现

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1、!""#$%%%&%%’(清华大学学报-自然科学版.*%%>年第(>卷第(期C,(%)#$$&***+,#/012345678329-":2;0<:5.=*%%>=?@AB(>=#@B((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实际系统中难以获得期望的控制性能G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本文将

2、文2’=>3中提出的基于信号补偿的鲁棒异的基础上!针对实际系统对控制器设计的约束!提出了可控制方法应用于实际多自由度机械臂控制系统的设采取的措施!并提出了相应的控制器设计及调节方法!即首计=讨论实际控制器设计方法与理论设计方法之间先设计单关节子系统标称控制器和鲁棒补偿器!然后再进行的差异=分析设计实际控制器时受到的约束和应当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采取的相应措施=提出相应的控制器设计及调节方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法=并将所提出的方法进行物理实现和控制实验G验!获得了期望的控

3、制结果"关键词E机械臂#鲁棒控制#鲁棒补偿器#非线性系统"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+&%(2$=C3574)734<&H6A<)方程表示为8;;;6-7.79:-7=7.79<-7.9=-7.>?9?<=-$.QRSTUVWVXYRWZT[WT]V]^Y]_‘SaWVTb‘ZW]Y其中71@784分别表示关节角位移1速度和加17ABc]VY]ZZRYS_WSRX]VSTUVWZc]abRVSWT]V速度矢量

4、G6-7.AB4C4为惯量矩=其具有对称正定defghi=jkglmnopqrst=ukejvstwost的特性0:-7=@7@4为哥氏力矩1离心力矩0.7AB-QRbWYaRV]^x‘]aWT]V=ySTVUz‘W{VT

5、RYST}=@4为4维重力矩0=-74为4维摩擦力<-7.AB.AB~R!TVU"###$%=&zTVW.矩=?AB4为4维关节驱动力矩向量0?4为关

6、扰=可能和D17**A2

7、,2N5N5<)@(61N为2F3:@3N)@AA<)1N5<3N63:G$G$;G$;EFHG:EF:<7>?IG:EF:<7B)<7AN,@L<4)<<&@+&+)<

8、:@I*<317N@)0矩阵=F为电机的电枢电阻矩阵=H为驱动电压向3@3A23<7)1K1N:G$EFHG将上式的?代入式-$.=得8;;;6-7.79:-7=7.79<-7.9J-7.>?I9?=-7.9:EF:<7B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$3=主要有计算力矩法1自适应控制1鲁棒控制2*3以及多种控制方法的综合方收稿日期E*%%’&%+&$>基金项目E国家自然科学基金资助项目->%+C(%+’.法2+

9、=(3等G然而=由于现有的大多数算法缺乏对实际作者简介E廖武-$FCF&.=男-汉.=湖南=硕士研究生G因素的考虑=在实际系统中=不仅机械臂系统的相关通讯联系人E钟宜生=教授=博士生导师=参数难以精确测得=而且还受到摩擦1外界干扰1间H&I72AE