基于模糊滑模的移动机械臂控制研究_

基于模糊滑模的移动机械臂控制研究
    高庆吉，刘凯，刘丽丽
    （1.中国民航大学航空自动化学院，天津300300；2.东北电力大学自动化工程学院，吉林132012）
    摘要：针对移动机械臂的输出跟踪问题，采用PD+前馈控制结构，结合滑模控制和模糊控制的设计思想为其设计了模糊滑模控制器。滑模控制的优点是滑动模态对系统摄动、不确定性以及干扰的完全自适应性，但同时也带来了抖振，运用模糊切换的方法解决了滑动模态的抖振问题。仿真实验表明，所设计的控制器不仅很好地跟踪给定轨迹，而且能有效地削弱系统的抖振。
    关键词：移动机械臂；滑模控制；模糊控制；滑动模态；切换平面
    中图分类号：TP241.3文献标识码：A文章编号：1004-731X(2008)16-4323-03
    引言
    目前，人们对机器人的研究已经取得了许多研究成果，包括非完整移动机器人系统[1]和完整机械臂系统[2,3]。然而，具有固定基机械臂系统的工作空间却受到极大限制，从而移动机械臂就应运而生。移动机械臂系统是由移动机器人和装在其上的机械臂组成的系统，现已广泛应用于工业、农业和医疗等各个方面。
    近年来，对移动机械臂引起了一定程度的关注[4,5]。
    Goldenberg等[6]为两个子系统各设计一个基于神经网络的控制器，实现了移动机械臂关节空间定位控制，但网络结构复杂计算耗时。Dong等[7]设计了基于Lyapunov理论的鲁棒控制器，但控制律中的回归矩阵使其结构变得极其复杂。本文采用PD+前馈控制结构，前馈控制采用滑模控制。滑模控制的优势在于滑动模态对系统参数变化和负载扰动有很强的鲁棒性，但其所产生的抖振难以消除[8]。利用模糊控制与滑模控制相结合，建立切换增益与滑模函数的关系，从而有效地削弱了抖振。该控制1器算法简单，容易实现，具有较好的快速性、抗扰动及参数摄动的能力。
    1移动机械臂的动态模型
    考虑由非完整移动平台和完整二连杆机械臂构成的机械臂系统，其中移动平台由两个独立驱动的后轮和两个提供平衡的从动前轮组成，在移动平台的质心位置装配一个二连杆机械臂，其绞点位置各由一台马达驱动，连杆1可绕z轴转动，连杆2可上下转动，其结构如图1所示，由于移动平台由两台马达驱动，其轮子与地面的约束为非完整约束(轮子只滚动不滑动)，其动态模型可表示为[9]：

4 结论
本文研究了移动机械臂系统的跟踪控制问题，提出了基于PD+前馈控制结构的模糊滑模控制算法。该控制器鲁棒性强，即使在出现外界干扰时，仍能使系统的跟踪误差在有限时间内收敛到零的充分小领域，通过引入模糊逻辑系统，抖振也得到了有效削弱。仿真结果表明了本文所提控制算法是正确有效的。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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