基于动力学系统移动焊接机器人焊缝跟踪控制

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1、第21卷第21期系统仿真学报©Vol.21No.212009年11月JournalofSystemSimulationNov.,2009基于动力学系统移动焊接机器人焊缝跟踪控制张庭，李慨，戴士杰，肖淑梅，黄鹤(河北工业大学机械工程学院，天津300130)摘要：为了解决轮式移动焊接机器人的焊缝跟踪问题，从移动焊接机器人的运动学和动力学模型出发，采用分段运动学到动力学的方法设计焊缝跟踪控制器。控制算法结合积分Backstepping算法和单层神经元网络控制算法，利用单层神经元网络的自学习和自适应能力克服机

2、器人模型参数部分未知和扰动的影响，使跟踪更加快速、平滑。在选定系统Lyapunov函数基础上，证明了所选取的控制力矩输入使系统全局渐进稳定。经MATLAB仿真验证了该控制算法的有效性。关键词：移动焊接机器人；焊缝跟踪；积分Backstepping方法；神经网络；Lyapunov函数中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1004-731X(2009)21-6803-04SeamTrackingControlofWeldingMobileRobotBased-onDynamicsModelZHANG

3、Ting,LIKai,DAIShi-jie,XIAOShu-mei,HUANGHe(SchoolofMechanicalEngineering,HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300130,China)Abstract:Tosolvetheseamtrackingproblemoftheweldingmobilerobot,anewcontrolcontrollerbasedonthedynamicsandkinemicsmodelsoftheweldingmob

4、ilerobotwasdesignedbythemethodofbacksteppingkinematicsintodynamics.Tomakethetrackingmorequicklyandsmoothly,itcombinedtheintegralalgorithmBacksteppingwiththecontrolalgorithmofthemonolayernervecellnetworkasitscontrolalgorithmandutilizedtheself-learningneu

5、ralnetworktodealwiththepartialuncertaintyandthedisturbancesoftheparametersoftherobotmodel.ItisprovedthattheselectedcontrolinputtorquesmakethesystemgloballyasymptoticallystablebasedontheLyapunovfunctionselectedout.Finally,theeffectivenessofthecontrolleri

6、sdemonstratedbysimulationresults.Keywords:mobileweldingrobot;seamtracking;integralbacksteppingmethod;neuralnetwork;Lyapunovfunction论文采用了一种新的控制算法，从运动学和动力学模型引言出发，采用分段运动学到动力学的方法设计动力学焊缝跟踪移动焊接机器人由于具有机构简单，适应性强，能够在控制器，并利用单层神经网络[13]的自学习和自适应能力克服非结构环境下进行作业等特点，在造船

7、工业、大型球罐焊接移动焊接机器人模型参数部分未知和扰动的影响，且同时能[1-9]等方面具有广阔的应用前景。轮式移动焊接机器人是一减少在线学习时间，有利于提高实时性。种典型的非完整约束系统，不满足Brockett反馈镇定条件，[10]1移动焊接机器人动力学模型分析因而不能用光滑状态反馈实现系统的渐近稳定。所以，在以连续状态反馈为主的现代控制理论中，大量成熟的结果无具有非完整约束的移动焊接机器人系统的动力学模型法直接用于非完整系统的研究。近年来移动焊接机器人受到可以用Lagrange动力学方法表示，其形式

8、为:国内外学术界、研究机构的广泛重视。文献[11]基于MqqCqqqFqGq()""+(,)"+++()"()τd(1)Backstepping方法设计了自适应控制器，并将其用于移动焊T=−Bq()τλAq()接机器人的焊缝跟踪控制。文献[12]基于模糊控制算法将移对非完整约束的描述为：动平台和十字滑块分开考虑为其分别设计了模糊控制器。现Aqq()"=0(2)有的大多数方法仅从移动焊接机器人的运动学模型出发，较n×n其中，q为广义坐标向量，M(q)∈R为