机械臂轨迹跟踪控制方法研究.pdf

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1、第55卷第lo期农业装备与车辆工程2017年10月V01．55No．10AGRICULTURALEQUIPMENT＆VEHICLEENGINEERINGOctober2017doi：10．39696．issn．1673-3142．2017．10．008机械臂轨迹跟踪控制方法研究王艺斐，钱炜(200093上海市上海理工大学机械工程学院)【摘要】机械臂具有时变、强耦合、非线性等特性，因此建立动力学模型计算量很大，耗时长且难以实现有效的实时控制。针对机械臂在控制中存在的精度问题，采用1．．agrange方法进行动力学建模，在该模型的基础上设计了

2、滑模控制器，对动力学模型进行仿真分析。并与传统的基于重力补偿的机械臂PD控制方法在轨迹跟踪的精度和误差方面进行比较。结果表明：所设计的滑模控制器比PD控制算法具有更高的轨迹跟踪精度及更快的跟踪速度，更适合机械臂轨迹跟踪控制。【关键词】机械臂；PD控制；滑模控制；轨迹跟踪【中图分类号】TP241【文献标识码】Af文章编号】1673—3142(2017)10-0034-04ResearchonTrajectoryTrackingControlofMechanicalArmWangYifei，QianWei(schoolofMechanical

3、Engineering,UniversityofShm蛳forScienceandTechnology，Shans}lai200093，China)[Abstract]Mechanicalarlnhasthecharacteristicsoftime-varying,strongcoupling，nonlinearity，SOtheestablishmentofdynamicmodelneedslargeamountofcomputation，istime-consuminganddifficulttoachieveeffectivere

4、al-timecontr01．Inordertosolvetheproblemoftheaccuracyofthemanipulator,thedynamicmodelisbuiltbyLagrangemethod，andtheslidingmodeeontrolerisdesignedbasedonthemodel．ComparedwiththetraditionalPDcontrolmethodbasedongravitycompensation．thetrajectorytrackingaccuracyanderrorarecomr

5、唧1．Theresultsshowthatthedesignedslidingmodecontrollerhashigher扛ackillgaccuracyandfastertrackingspeedthanthePDcontrolalgorithm，andisInoresuitableforthetrajectorytrackingcontrolofroboticmanipulators．[Keywords】mechanicalarm；PDcontrol；slidingmodecontrol；trajectorytracking0引言并

6、联机器人在高刚度、高精度、高速度等应用领域具有良好的应用前景u】。其中，作为机器人重要组成部分的机械臂，它的控制精度问题受到越来越多的关注。因为机械臂在工业生产过程中起着十分重要的作用，它可以在复杂工况、恶劣的不可预测的工作环境下工作、甚至是去人类无法到达的危险地域执行任务【2l。机械臂控制的目的本质上来讲是位置控制问题，即控制机械臂手端的位置和姿态(也可称为期望轨迹或期望位置)[310期望轨迹通常有两种形式：一种是固定位置；另一种是一条随时间连续变化的轨迹【4】。本文研究的是轨迹跟踪问题。目前绝大多数工业机械臂采用PD和PID控制算法，

7、因为其原理简单，实用性较强，但是PD控制这种传统的动力学控制方法，存在着精度不高、鲁棒性不强等特点，对机械臂的控制效果并不理想。文献[5—8】基于这些方法进行了一定的改进，控制性能有了一定收稿日期：2017-03-04修回日期：2017-03—14的提高，但是设计实现起来较为复杂。滑模控制具有响应快、精度高、对参数变化及扰动不灵敏等特点。本文采用Lagrange方法对机械臂进行动力学建模，在该模型基础上设计了滑模控制器，并与传统的PD控制算法在控制精度和轨迹跟踪性能上进行比较。通过比较PD控制及滑模控制在位置跟踪、速度跟踪以及跟踪误差的大

8、小，发现滑模控制既可以保证控制的快速性与准确性，同时也大大减小了高频抖振。这一点在速度跟踪以及控制力输出上表现尤为突出，而且程序运行速度较快，方法简单，容易实现，便于动力学实时控制。1机械臂动