《机器人自适应控制》PPT课件

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1、机器人控制的实际应用任课教师：吴伟国机电工程学院机械设计系仿生仿人机器人及其智能运动控制研究室H&GRobotandItsIntelligentMotionControlLab.,HIThttp://jxsj.hit.edu.cn/H&GRobotLab/index.htm2011-12-15第八章机器人自适应控制引言：●通常的控制系统都是以控制对象的特性不随时间变化为前提而设计的。●机器人操作臂系统是随着有效负载质量而动态变化的。●控制对象为随时间变化的时变系统情况下，作为有效的控制手法：RobustCo

2、ntrol、自适应控制等。●Robust控制：对于控制对象参数变化感度低控制系统而设计的。●自适应控制(AdaptiveControl)：则与Robust控制相反，是在线检测出控制对象参数变化，随时修正控制系统参数的方法。本章主要内容：●自适应控制的基本概念；●机器人操作臂自适应控制的具体方法；●SICE-DD机器人操作臂的自适应控制实验结果。哈工大机械设计系■自适应控制：是在线检测控制对象参数变化，随时修正控制系统参数的控制方法。■自适应控制系统研究：主要针对线性系统进行研究，代表性的设计方法有自调整控制

3、器(Self-TuningController)(或称为“自校正控制器”)、模型参照型自适应控制(参考模型:Model-ReferencedAdaptiveControl)，如图8.1所示。8.1所谓“自适应控制”哈工大机械设计系■自调整控制器(自校正控制器)：控制对象的参数识别、控制系统的参数修正是各自独立地进行的。■模型参照型自适应控制：与自校正控制器相反，采用由参考模型计算的响应与控制对象的实际响应的差，进行控制系统的参数修正。■控制对象为线性的情况下，两者在数学上是等价的，为使自适应控制系统稳定的条

4、件是明确的。图8.1(a)自调整控制器(自校正控制器)的概念图设计算法参数识别算法控制对象控制输入控制输出控制器目标值图8.1(b)参考模型自适应控制系统概念图参考模型自适应算法控制对象控制输入控制输出控制器目标值哈工大机械设计系8.2机器人操作臂系统的自适应控制机器人操作臂系统是因末端所带有效负载质量而变化的动态系统。因此，对这种时变系统多尝试进行自适应控制。机器人操作臂系统除末端所带有效负载之外，还因其：●自身姿态变化而导致系统是动态变化的。●而且，还有科氏力、离心力等非线性项。对系统适用自适应控制时，

5、如何处理这些非线性项是问题所在。早期研究中，对于近似线性化的机器人系统，适用于参考模型自适应控制，对于姿态变化引起的动态变化，研究结果表明：自适应很快被充分进行了。但是，要求更高速、高精度地动作的情况下，由于自适应动作被延迟产生，所以不能正确地得到期望的动作。8.2.1机器人操作臂系统线性化的自适应控制应用哈工大机械设计系8.2.2考虑机器人操作臂构造的自适应控制■用线性近似手法中，把机器人操作臂系统的非线性项作为外部扰动处理。相应地，积极地考虑机器人操作臂的非线性的手法被提出来了。■一些文献中，机器人操作

6、臂系统的运动方程式采用对于基底参数的线性，构筑不用线性近似的自适应控制系统。惯性力、科氏力、离心力等非线性项用参数识别来补偿。特别地，一些系统不对关节角加速度计测，打开了一条面向实际系统应用的大道。■此处，构成自适应控制系统的概要如图8.2所示。该控制系统由线性控制器和补偿惯性力、离心力、科氏力的非线性项及粘性摩擦力等组成的补偿器组成。机器人操作臂的非线性项用在线推定的参数来补偿。哈工大机械设计系图8.2自适应控制系统的构成DesiredtrajectoryRobotSystemComputedTorque

7、ReferenceModelReferencetrajectoryEstimationtheparameterCompensatorforinertia,centripetalandcoriolistorquesVelosityfeedbackEstimatedparameter哈工大机械设计系8.2.3机器人操作臂系统的模型化和基底参数■水平两杆的机器人操作臂系统SICE-DD臂的运动方程式在第4、第5章给出并进行了讲解。可写为：哈工大机械设计系■则，可得下式(8.3):进一步可写成如下式(8.4):哈工

8、大机械设计系此处，a是机器人操作臂的基底参数；机器人运动方程式是关于a的线性代数方程式。因此，在式(8.4)式中，由线性自适应系统，参数a是可以识别出来的。8.2.4控制规则考虑下式的自适应控制算法：哈工大机械设计系与8.2.3类似，有如下式矩阵表示式(8.9)：哈工大机械设计系8.3SICE-DD机器人操作臂自适应控制实验8.3.1算法的实现本节主要将给出的算法实际应用于SICE-DD臂。控制用计算机为J310