線性自抗擾控制策略在機(jī)器人軌跡跟蹤中的應(yīng)用研究.pdf

1、機(jī)器人系統(tǒng)是一類高度非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變的多輸入-多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系統(tǒng)，并且存在諸如未建模動(dòng)態(tài)、外界干擾、摩擦等不確定性因素，致使其軌跡跟蹤控制問(wèn)題變得十分復(fù)雜。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)機(jī)器人的性能及精度的要求越來(lái)越高，為了適應(yīng)這一現(xiàn)象，進(jìn)一步開(kāi)展機(jī)器人軌跡跟蹤控制研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　線性自抗擾控制器(Linear Active Disturbance

2、 Rejection Controller，LADRC)是自抗擾控制器(Active Disturbance Rejection Controller, ADRC)的線性化形式，它在保留AD RC控制效果的同時(shí)，簡(jiǎn)化了參數(shù)整定。LA D RC不需要機(jī)器人精確的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(Linear Extended State Observer，LESO)估計(jì)出機(jī)器人模型中的耦合項(xiàng)及各種不確定因素引起的總擾動(dòng)并加以補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了關(guān)

3、節(jié)變量與關(guān)節(jié)輸入力矩的完全解耦，使復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)變?yōu)榉e分器串聯(lián)型系統(tǒng)，從而簡(jiǎn)化了控制對(duì)象，保證了良好的控制性能。
　　首先，本文以四自由度SCARA型工業(yè)機(jī)器人為例，深入分析了工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性，求出其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模問(wèn)題并且利用拉格朗日方法建立了SCARA機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型。
　　其次，探明了A DRC的發(fā)展及原理，著重分析了AD RC與L AD RC之間的關(guān)系及LA D RC參數(shù)整定問(wèn)

4、題，并給出了完整的二階L AD RC算法，之后以一個(gè)MIMO系統(tǒng)為例討論了LADRC的解耦原理。
　　然后，在已建立的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，分析了經(jīng)典PD控制器在不確定性機(jī)器人軌跡跟蹤控制中的不足，從而引入了LA D RC對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤控制，設(shè)計(jì)了線性自抗擾軌跡跟蹤控制器。通過(guò)對(duì)該控制器進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，表明了LADRC針對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)中的不確定因素具有強(qiáng)魯棒性。
　　最后，設(shè)計(jì)了一個(gè)二自由度平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，并以此為