基于积分流形的柔性机械手组合控制
张袅娜1,2,张德江1,冯 勇2
(1.长春工业大学电气学院,长春130012; 2.哈尔滨工业大学电气学院,哈尔滨150001)
摘 要:为解决柔性机械手非最小相位的控制问题以及克服运动中的抖振,采用积分流形和奇异摄动理论,将柔性机械手系统分解为快慢两个子系统.对于慢变子系统,设计一种基于一阶鲁棒微分估计器的二阶滑模控制策略,使其轨迹跟踪期望值;对于快变子系统,采用频率成形滤波器设计动态补偿器来抑制弹性振动,并基于线性二次型最优控制方法给出相应的最优控制规律,使系统的输出快速趋于稳定.仿真结果表明了该控制策略的有效性.
关键词:奇异摄动;滑模;柔性机械手;积分流形
中图分类号: TP24 文献标识码: A
1 引 言
柔性机械手是强耦合、非线性、时变、多输入多输出的分布参数系统,且本身所固有的振动特性,动力学行为非常复杂,其系统控制不仅要实现柔性臂末端轨迹的精确跟踪,同时需快速解决柔性臂振动问题.高阶滑模控制是一种消除抖振滑模控制方法[1-5],而且对参数摄动和干扰具有鲁棒性,通过合理设计控制器,系统中的抖振现象可以完全消除,并不影响滑模控制器其他方面所具有的优点.
本文以易于控制的关节电机转角作为系统输出,采用积分流形和奇异摄动理论将柔性机械臂系统分解为快慢两个子系统[6].对于慢变子系统,采用一阶鲁棒微分估计器,设计基于非奇异终端滑模[7]的二阶滑模控制器,使其轨迹渐近跟踪期望值.对于快变子系统,基于频率成形滤波器,设计最优控制规律,使系统的输出快速趋于稳定值,在保证跟踪精度的同时快速抑制振动.
2 柔性机械手的动力学模型
6 结 论
根据积分流形和奇异摄动方法,将柔性机械臂的运动控制分解为慢变的等效刚性臂运动控制和快变的振动控制.对于慢变子系统,基于鲁棒滑模微分估计器设计二阶滑模控制,使系统状态跟踪期望的轨迹,保留了滑模的鲁棒性和易于实现的特点,有效地去除了抖振和信号噪声.对于快变子系统,采用动态补偿器抑制输入信号的高频分量,设计最优控制规律,使柔性模态快速趋于稳定值.仿真结果表明,本文提出的混合控制方法,在保证刚性轨迹精确跟踪期望值的同时,弹性振动得到了有效抑制
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