基于滑模技术的单杆柔性机械臂的调节控制_

基于滑模技术的单杆柔性机械臂的调节控制
  摘要:提出一种运用滑模控制技术设计单连杆柔性机械臂鲁棒控制器的方法。滑模控制应用于柔性肴的刚性运动和弹性振动的控制;而极点配置技术的应用，主要是设置滑模面的极点，以获得良好的动态响应特性。实例仿真结果表明，该控制方案能有效地抑制柔性臂的弹性振动，对不确定参数具有鲁棒性。
  与传统的刚性机械臂相比，轻质柔性机械臂具有以下特点:1)相对承载能力较高。刚性结构承载量为自重的5%~10%，采用轻质柔性机械臂使比例提高到了20%~30%仁习;2)响应速度快;3)工作能耗低。
  但由于柔性机械臂固有的弹性和振动特性，增加了其动力学模型建立和运动控制难度，主要体现在以下几个方面:①柔性臂系统的准确模型为以微分方程组描述、带干扰变量的无穷维分布参数系统，一般采用假设模态法将其转化为便于控制的有限常微分方程组，这就导致了模型截断误差;②以端点位置为控制量的系统是一非最小相位系统;③系统的强祸合及高度的非线性化;④实际工作中，端点负载是一不确定量。
  针对这样一个复杂的控制对象，同时控制连杆的整体运动及由弹性引起的振动是非常困难的。为解决这一问题，学者们提出了多种控制策略。如线性反馈控制方法圈;奇异点摄动控制方法〔3口和控制模态输人法叫等。近年来，滑模变结构控制作为一种鲁棒性很强、设计相对简单的控制方法，已经在刚性机械臂的控制中成功地得到应用叫，在此基础上，应用滑模变结构控制技术对柔性臂的整体运动及由弹性引起的振动控制，也取得了一定的进展。本文将滑模变结构控制与极点配置技术相结合，在实现对柔性机械臂的刚体运动及弹性振动控制的同时，可对动态响应过程进行调节，以达到希望的控制效果。通过理论推导，证明了本控制系统的全局稳定性。实例仿真的结果表明，该控制方案能有效地抑制柔性臂的弹性振动，对不确定参数具有较强的鲁棒性。
  1  单连杆柔性臂动力模型的建立
  图1表示一单连杆柔性臂，一端固定于驱动电机

5 结论
本文针对柔性机械臂这一个复杂的非线性控制系统，提出了运用滑模控制技术设计鲁棒控制器的方法，并结合极点配置技术，实现对滑模面极点的合理设置，以获得良好的动态响应。通过Lyapunov稳定性判据，证明了系统的稳定性。实例仿真结果表明，所给出控制器对系统不确定参数—端点载荷具有较强的鲁棒性，同时可以获得所要求的动态响应特性。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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