机器人末端气动执行器的柔性接触力控制算法研究.pdf

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1、工学硕士学位论文机器人末端气动执行器的柔性接触力控制算法研究RESEACHONCOMPLIANCEFORCECONTROLFORROBOTENDPNEUMATICACTUATORS古小亮哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP273.2学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文机器人末端气动执行器的柔性接触力控制算法研究硕士研究生：古小亮导师：付振宪副教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273.2U.D.C

2、:621.3DissertationfortheMasterDegreeinscienceofEngineeringRESEACHONCOMPLIANCEFORCECONTROLFORROBOTENDPNEUMATICACTUATORSCandidate：Gu,XiaoliangSupervisor：AssociateProf.Fu,ZhenxianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofA

3、stronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要工业流水生产线的自动化程度越来越高，其中就包括对工件进行表面处理以及不同类型的加工，比如抛光、切割等。当前工业界普遍采取引入工业机器人来代替人工操作。在这样的工序中，工件的加工质量直接受到接触面相对作用力大小的影响。柔性控制能够帮助机械结构完成一些柔性动作，使得整个系统智能化。一般的经典控制算法能够实现系统在固定环境下拥有比较满意的控制效果。但是，实际应用中，环境的复

4、杂性以及系统本身就是一个非线性时变的对象，一般的控制算法难以保证系统的鲁棒性。为了解决这个问题，本文用内模控制保证系统对模型误差具有一定的鲁棒性。同时改进内模控制结构及滤波器，加入在线辨识算法，来实现系统对复杂环境的力控制要求。首先，本文对气动系统的主要组成部分，即气缸和高速电磁阀分析及建模。并进行了电磁阀流量补偿控制，降低了系统的非线性和建模不精确性。根据实验经验，合理选取参数，得到系统的近似线性传函，并进行了初步的分析。其次再运用内模控制到气动系统，分析了经典内模控制的跟踪及抗干扰性能，指出了其优点及不足。同时进行了抗饱和性能分析，理论上得到了系统退

5、饱和工作以及无静差工作条件。接着，先是改进了经典内模滤波器，提高了其跟踪及抗干扰性能。接着采用内模抗饱和结构，利用条件技术设计了存在模型误差时的抗饱和控制器，提升了其抗饱和性能。然后提出了基于连续域辨识的模糊自适应内模控制，利用模糊动态系统来逼近实际的非线性时变系统，克服了经典内模控制难以用于非线性时变对象的缺点，并严格证明了算法的稳定性。最后通过主动控制法兰实验平台验证了算法，设计了经典内模控制和改进内模控制的变输入、抗干扰实验，并对比了二者的性能。验证了算法的有效性和稳定性，证明了改进内模控制器更加优秀。关键词：气动系统，内模，滤波器改进，条件技术抗

6、饱和，模糊自适应内模IAbstractAbstractTheautomationoftheindustrialproductionlineisgettinghigherandhigher,especiallyinthesurfacetreatmentoftheworkpieceandthedifferenttypesofmachining,suchaspolishingandcutting.Insuchaprocess,industrialrobotsarewidelyusedinsteadofmanualoperationsnowadays,andth

7、emachiningqualityoftheworkpieceisdirectlyaffectedbytherelativeforceofthecontactsurface.Compliancecontrolcanhelpthemechanicalstructurecompletesomecomplianceactionsandmakethewholesystemintelligent.Thegeneralclassicalcontrolalgorithmcanachievesatisfactorycontrolresultinafixedenviron

8、ment.However,itmakethegeneralcontrolalgo