并联机器人的智能模糊滑模控制算法
董超君高国琴宁珍珍(江苏大学电气信息工程学院,镇江212013)
【摘要】针对以交流伺服电机驱动的二自由度并联机器人,设计了智能模糊滑模控制算法。该方法先设计动态滑模面,使系统的任意初始状态一开始就在滑模面上,消除了滑模控制的到达运动阶段,使系统在响应的全过程都具有鲁棒性;然后设计一种智能模糊控制器,用模糊控制器的输出取代滑模控制切换项的输出。仿真结果表明,该控制方法不仅增强了全局抗干扰能力,而且有效地消除了系统的抖振现象。
关键词:并联机器人;交流伺服;时变滑模控制;模糊控制;仿真
中图分类号:TH12,TP273文献标识码:A
1引言
同串联机器人相比,并联机器人具有如下特点[1]:(1)刚度大,结构稳定;(2)承载能力强;(3)精度高,没有误差积累和放大;(4)运动惯性小;(5)在位置求解上,串联机器人正解易反解难,并联机器人正解难反解易,便于实时控制。基于以上诸多优点,并联机器人引起国内外学者的热切关注,并在航天、航空、医疗、数控加工、微动控制等邻域有着广泛的应用前景。
研究的二自由度并联机器人机构,如图1所示。这种并联机器人因驱动元件少、造价低、结构紧凑而具有较高的实用价值和较好的发展前景。
并联机器人作为一个结构复杂、非线性、相互耦合的系统,其控制策略的研究相对比较困难,传统的控制方法很难奏效。而滑模变结构控制能够有效地解决非线性问题,且对参数不确定性和外部扰动具有强鲁棒性,适用于机器人的控制。但是抖振是滑模变结构控制中不容回避的问题。为此,本文从滑模面的设计和切换项的改进这两方面着手。首先设计动态的滑模面,使系统的初始状态一开始就处于滑模面上,消除了滑模控制的到达运动阶段,从而使系统对内部参数变化和外部干扰具有全局鲁棒性。然后,设计一个智能模糊控制器,用模糊控制器的连续输出取代切换项的不连续输出,有效地消除系统的抖振。
2 建立交流伺服电机数学模型
二自由度并联机器人控制系统主要由三个并联设置的控制通道组成,每个控制通道由伺服控制器、放大器以及交流伺服电机组成。电机作为最终的执行机构必须要能准确、及时地执行系统给它的命令,所以电机的选择对控制性能有着很大的影响。本文所采用的执行机构为松下公司(Pana-sonic)生产的MS-MA042C1C交流伺服电机。考虑到三并联通道具有相似性,因此选择一条支路作为研究对象,支路模型,如图2所示。
单个通道的数学
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