基于Backstepping的机器人有限时间跟踪控制研究.pdf

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1、2013年8月机床与液压Aug．2013第41卷第15期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．41No．15DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．15．008基于Backstepping的机器人有限时间跟踪控制研究刘海涛，张铁(1．广东海洋大学工程学院，广东湛江524088；2．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640)摘要：研究了具有动力学参数不确定和外界干扰情况下机器人的轨迹跟踪问题，结合Backstepping的递推设计方法，提出了一种有限时间稳定的跟踪控制方法。一方面保

2、证了系统的有限时间收敛，因而瞬时响应快，跟踪精度高；另一方面通过引入变结构项，增强了鲁棒性。利用有限时间稳定性定理证明了该算法是有限时间稳定的，最后通过对2自由度工业机器人的数值仿真验证了该算法的有效性和可行性。关键词：机器人；轨迹跟踪；Backstepping；有限时间稳定中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)15—030—4ResearchonFiniteTimeTrackingControlforRobotBasedonBacksteppingLIUHaitao，ZHANGTie(1．Sch

3、oolofEngineering，GuangdongOceanUniversity，ZhanjiangGuangdong524088，China；2．SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，GuangzhouGuangdong510640，China)Abstract：Thetrajectorytrackingcontrolproblemforrobotsystemwithdynamicparametersuncertai

4、ntiesandexternaldisturb-ancewasresearched，andafinitetimestabilitytrackingcontrolmethodwasproposedbyusingincombinationofrecurrencedesignmethodofBackstepping．Ontheonehand，thefinitetimeconvergencewasguaranteed，thusfasttransientresponse，andhigh—precisiontrackingwereobtaine

5、d；theotherhand，robustnesswasenhancedthroughtheintroductionofvariablestructureterm．Thefinitetimestabilitytheorywasemployedtoproveglobalfinitetimestabilityofthisalgorithm．Finally，theeffectivenessandfeasibilityofthisalgo-rithmareverifiedthroughnumericalsimulationoftheindu

6、strialrobotwithtwo—degreeoffreedom．Keywords：Robot；Trajectorytracking；Backstepping；Finitetimestability工业机器人的运动精度不仅依赖于零部件的制造提出了一种有限时间稳定的机器人控制方法，可获得和装配精度，以及运动学标定效果，而且与运动控制局部的有限时间稳定。文献[9]提出的一种非线性模型参数的精确程度和外部干扰密切相关。但在进行PD+机器人控制器却是全局有限时间稳定的，仅把基于模型的控制器设计时，常常不得不忽略某些不确传统PD控制的线性

7、位置误差项代换为误差的分数幂定性因素，如高频动态特性、运动部件间的摩擦、信形式，却获得了更好的控制性能。文献[10]利用号的检测噪声等，而这些因素往往成为影响轨迹跟踪Backstepping方法构造了一种有限时间控制器，但只精度的主要原因。因而一些现代的非线性鲁棒控制算考虑了机器人的位置控制。最近，文献[11]提出法受到研究者的关注，如自适应控制、滑模变结构控了基于逆动力学方法的全局有限时间机器人跟踪控制制和鲁棒控制等。其中有限时间控制具有较好的瞬时方法，同样也是对机器人的传统逆动力学方法加以修响应特性和较高的跟踪精度，因而特别适合

8、于工业机正，通过Lyapunov直接稳定性理论和有限时间稳定器人系统的高品质控制。有限时间控制z一是指系统理论证明了全局有限时间稳定性。但是文献[11]状态能在有限时间内收敛至平衡点，常见的有限时间假设了机器人的动力学模型是完全精确已