基于滑模變結(jié)構(gòu)的機器人關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、機器人關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)是機器人控制技術(shù)的核心內(nèi)容，其設(shè)計合理與否直接關(guān)系到機器人的整體運動性能。因此，采用合理的控制策略，開發(fā)出有效的關(guān)節(jié)控制驅(qū)動器，對提高機器人的位置精度、快速性、抗干擾能力有很大意義。
　　 本文采用滑模變結(jié)構(gòu)對機器人單關(guān)節(jié)進行控制，仿真表明傳統(tǒng)比例滑模變結(jié)構(gòu)存在抖振問題，提出了指數(shù)趨近律滑模變結(jié)構(gòu)和模糊自適應滑模變結(jié)構(gòu)應用于機器人關(guān)節(jié)控制，仿真和實驗表明系統(tǒng)不僅抖振減小，而且穩(wěn)態(tài)精度高，響應速度快，跟蹤性能

2、好，并有一定的抗干擾能力。本文的主要工作和成果如下：
　　 1.介紹了由直流力矩電機和諧波減速機組成的關(guān)節(jié)機械結(jié)構(gòu)，仿真分析了其機械特性，表明關(guān)節(jié)具有較好的響應速度、機械特性、調(diào)節(jié)特性；
　　 2.分別采用傳統(tǒng)比例滑模變結(jié)構(gòu)、指數(shù)趨近律滑模變結(jié)構(gòu)、模糊自適應滑模變結(jié)構(gòu)建立了機器人單關(guān)節(jié)控制模型，并用MATLAB仿真分析了各自的性能。模糊自適應滑?？刂聘鶕?jù)系統(tǒng)狀態(tài)能對滑模參數(shù)進行自適應調(diào)節(jié)，在減小前兩種滑?？刂贫墩竦耐瑫r，

3、提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。通過與PID控制的比較表明，模糊滑?？刂朴懈玫目焖傩浴⒏櫺院汪敯粜?；
　　 3.設(shè)計了機器人關(guān)節(jié)測控系統(tǒng)：設(shè)計了關(guān)節(jié)控制驅(qū)動、位置轉(zhuǎn)角反饋、CAN通訊硬件電路；軟件分為基于PC機的上位機控制軟件和基于Dspic30f/4012控制板的下位機控制軟件。上位機是基于LabVIEW開發(fā)的，而下位機軟件基于C語言開發(fā)的，包括PWM調(diào)速、AS5045位置信號讀取、CAN通訊、PID和離散模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制算法等

4、。該測控系統(tǒng)能實現(xiàn)控制模式和控制策略選取、PID參數(shù)及滑模參數(shù)設(shè)置、目標位置的發(fā)送、和位置數(shù)據(jù)的實時采集、顯示與存儲等功能；
　　 4.搭建實驗平臺，進行靜態(tài)精度，動態(tài)和魯棒性能實驗。結(jié)果表明在滑?？刂葡玛P(guān)節(jié)穩(wěn)態(tài)精度能達到磁編碼器.AS5045的最高分辨率0.09°，滑模控制下關(guān)節(jié)系統(tǒng)的上升時間比PID控制快0.1s，最大超調(diào)為0.4％，且運動平穩(wěn)。在關(guān)節(jié)處于穩(wěn)態(tài)下，增加8.6N.m外負載，滑?？刂葡玛P(guān)節(jié)變化的角度比PID控制下