机械臂系统的一种自适应滑模控制方法
李香军,余星火,王常虹,温奇咏,马闯
(1.哈尔滨工业大学控制科学与工程系,哈尔滨150001;2.墨尔本皇家理工大学,澳大利亚)
摘要：针对一类不确定性多输入多输出动态系统给出了一种新的自适应滑模控制方法，而后基于多刚体动力学建立了一个自由飞行机器人（FFR）的动力学模型，并应用此方法于FFR的控制，数学仿真实验验证了方法具有很好的鲁棒性和实用性。
关键词：自由飞行机器人;滑模控制;鲁棒性;自适应控制;多输入多输出
中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1004-731X(2006)10-2895-03
引言1
有一类系统带有比较严重的非线性和不确定性，例如机械臂系统就是一种典型的此类系统，其自身的动力学特性表现为非线性，另外，负载的不确定性和系统建模的不精确又使其成为一种不确定性系统。非线性不确定性系统的控制问题一直以来都是学者们研究的热点问题，为此，学者们提出了两大类控制策略，一种是熟知的自适应控制，控制器可以调节自身的参数或结构来适应对象的不确定性，但是，传统的自适应控制算法过于复杂，且参数估计一般来说存在较大的偏差，这对控制器的可靠性和实时性来说是一种挑战，因此，其应用受到了限制；另一种控制策略即鲁棒控制，采用单一的控制器来控制一个对象集合，并使集合中的所有闭环系统满足某个性能指标。滑模控制是一种特殊的鲁棒控制器，其滑动模态对匹配不确定性、外部干扰、时滞和非线性都具有鲁棒性[1-5]。滑模控制的一个典型应用是控制机械臂系统[6-7]，Efe[2]提出了一种针对一类不确定性系统的带有自适应功能的滑模控制器，这种控制策略保留了一般滑模控制的特性，同时又具有参数自调节特性，因此对不确定性和外部干扰的适应能力更强，并且此算法相对来说较为简单，易于应用。到目前为止，其在机械臂控制中的应用尚未见报。
本文将文献[2]中提出的方法推广到MIMO不确定性系统，然后将其应用于FFR系统[8]的控制，并进行了数字仿真实验，方法的有效性得到验证。
1自适应滑模控制
考虑一个非线性、非自治的不确定性系统，设其有m个输入和n个输出
4结论
从一个FFR系统的仿真结果中可以看出所阐述的方法具有满意的控制效果，且兼有滑模控制和自适应控制的优良特性，扩大了其应用范围。同时，适当选择控制器参数就可以使系统具有期望的响应特性，而且此算法简洁，易于应用实现。此外，由于各种信号处理器的处理速度不断提高，人们已倾向于用数字信号处理器来产生滑模控制信号，因此，此自适应滑模控制器的数字应用还需要做进一步的研究。
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