时变边界层滑模控制在多连杆机械手的应用
摘要:针对多连杆机械手的跟踪控制问题,提出了具有时变边界层的滑模变结构控制设计,同固定宽度边界层滑模控制相比,在削弱滑模控制中抖振现象和对参数不确定性的鲁棒性的同时,进一步提高了控制精度.
引言
多连杆机械手是一个多输入多输出、强非线性、高耦合和含有许多变参数的复杂控制系统.因此按常规的线性控制方法来设计控制系统得不到理想效果,必须应用非线性系统理论对其进行分析和研究,以提高其工作性能[1-2].滑模控制是一种处理具有不确定性的非线性系统的控制方法,对系统的参数摄动及外部干扰具有很强的鲁棒性.但这种鲁棒性是通过控制量的高频抖动换来的,这就是变结构滑模控制系统中的抖振现象,它轻则会引起执行部件的机械磨损,重则会激励未建模的高频动态响应,而使控制失效[3].国内外学者已经提出了一些解决方法,其中常用的是在滑动流形附近引入一边界层,采用饱和函数代替开关函数,这种方法可以有效地抑制抖振.本文在常规定值边界层方法基础上,提出了一种时变边界层滑模控制方法,即以定量规则来确定边界层的厚度,最大限度地利用控制 带宽"[4].以两连杆关节机械手为例,进行了存在不确定载荷时的轨迹跟踪问题仿真研究.
1 系统动力学模型和控制系统设计
仿真结果表明,本文提出的时变饱和变边界层,与常规固定饱和边界层相比,可较大程度地提高控制精度;同时仍然具有平滑控制输入力矩,对系统参数较大范围摄动情况下的鲁棒性的控制特性.
3 结束语
通过与固定边界层的仿真结果对比,结果表明,所提出的控制设计方案,保持了常规定值边界层滑模控制中平滑控制输入,满足了平滑控制量的要求,减少了控制抖振以及系统的跟踪控制误差.
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