力矩受限不確定機器人系統(tǒng)的魯棒性分析與設計.pdf

1、迄今為止,幾乎所有控制器的設計建立在關節(jié)驅動器能產(chǎn)生任意力矩的基礎上;而實際上受物理條件限制,驅動器的輸出力矩是有界的,這樣導致控制品質的惡化甚至控制失敗.因此考慮到關節(jié)傳動裝置有限驅動能力的控制器設計,很具實踐意義的.實際上,具有執(zhí)行機構飽和特性的控制問題正逐漸受到重視.本文所研究的如下三個控制問題,也正是考慮了這個實際情況.第一,魯棒PID控制算法.在控制信號受限制的條件下,由于積分作用,往往導致控制器的積分失效而造成系統(tǒng)控制品質的

2、惡化甚至不穩(wěn)定.對于運動學不確定的機器人,分別考慮力矩輸入未受限和受限兩種情況,發(fā)展了一種全新的魯棒非線性PID算法,保證了閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定.一方面,該控制器信號的"預整形"過程限制了積分環(huán)節(jié)的作用,避免傳統(tǒng)PID控制的積分失效和穩(wěn)定性差問題,保證了系統(tǒng)的控制品質,同時大大提高其魯棒性.這是迄今為止最為簡單有效的防積分失效算法.另一方面,控制器中的所有信號通過一個連續(xù)分段可導遞增函數(shù)向量的"預整形",保證了所有控制信號的有界性,從而解

3、決了力矩輸入受限的問題.第二,魯棒并行位置/力控制算法.力控制是機器人控制中的難點.由于對環(huán)境或者操作對象的力學和幾何特性建摸的困難和復雜性,幾乎所有相關文獻上的工作僅僅分析了簡單的具有平面約束和線性力學模型的力控制問題,忽略了實際環(huán)境復雜的幾何和力學特性及其不確定性.針對上述不足,對于不確定機器人和復雜環(huán)境(即非平面約束和非線性力學模型),本章提出一種新的魯棒并行位置/力控制算法,分別考慮了機器人的運動學不確定性、環(huán)境不確定性包括幾何

4、和力學模型的不確定性以及有限關節(jié)驅動力矩的工程實際問題,證明了系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性.相比于其它一般的并行位置/力控制算法,本算法有效地解決了控制器失效和力控制魯棒性問題,實現(xiàn)了閉環(huán)控制系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定.第三,魯棒自適應控制算法.自適應系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性一直是控制理論所關心的問題,并且也有一些相應的魯棒策略,但都以犧牲系統(tǒng)的控制品質為代價.近年來自適應系統(tǒng)的(瞬態(tài))控制品質廣受關注.針對上述兩個問題,提出一種新型的簡單魯棒自適應控制算法.該算法與