双臂柔性机械手的终端滑模控制
张袅娜1,2,冯 勇1,孙黎霞1
(1.哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001; 2.长春工业大学自动控制系,吉林长春130012)
摘 要:提出一种用于双臂柔性机械手系统的终端滑模控制方法,以解决其非最小相位控制问题.重新定义了柔性机械手系统的输出,通过输入输出线性化,将系统分解为输入输出子系统和内部子系统.设计逆动态终端滑模控制策略,使输入输出子系统在有限时间内收敛到零;选择适当的控制器参数,使零动态子系统在平衡点附近渐近稳定,从而保证整个系统的渐近稳定.仿真结果证明了该设计方法的有效性.
关键词:柔性机械手;有限时间控制;终端滑模控制
中图分类号: TP24 文献标识码: A
1 引 言
柔性机械手以其高负载/自重比、低能耗、高速度、适用于直接驱动模式等优点,在机器人的应用领域极具吸引力,但由于它是强耦合、非线性、时变、多输入多输出的分布参数系统,且本身固有的振动特性,其动力学行为非常复杂,对控制器的设计提出了很高的要求.研究人员在这一领域做了许多工作,已提出一些控制策略,如PID控制[1]、变结构控制[2,3]、自适应控制[4]等.
从柔性机械手关节的转矩输入到端点位移输出的传函为非最小相位,当控制输入有界时,这一特性阻碍了端点位移渐近跟踪期望轨迹.如果不采用端点位移,而以易于控制的关节电机转角作为系统输出,则难以抑制柔性机械手的振动,会带来很大的端点轨迹跟踪误差.
本文根据近来提出的一种重新定义输出的解决方法[5~8],首先采用关节电机转角和柔性模态变量的线性组合作为柔性机械手系统的输出,通过输入输出线性化,将系统分解为输入输出子系统和内部子系统两部分;然后设计逆动态终端滑模控制器,使
5 结 论
本文重新定义了柔性机械手系统的输出,使其零动态子系统在平衡点附近为最小相位系统.所设计的逆动态终端滑模控制器,可保证输入输出子系统的状态在有限时间内收敛到零,并通过选择合适的参数,保证柔性机械手系统的零动态子系统在平衡点处渐近稳定,从而保证整个柔性机械手系统的渐近稳定.本文提出的终端滑模控制策略设计过程简单,易于实现.
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