CN113359458B - 一种高速并联机器人的模糊前馈控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速并联机器人的模糊前馈控制方法,属于机器人运动控制领域,包括以下步骤,S1、确定输入及输出变量;S2、将各输入、各输出划分为3个区间,构建模糊规则;S3、采集S1中的三个输入变量并按照步骤S2定义的三个语言变量对其进行分类;然后,根据步骤S2定义的模糊规则进行推理,进而确定两个输出的语言变量;最后,将输出变量清晰化,得到速度与加速度前馈控制器参数的模糊调整量ΔKvi与ΔKai,则可根据如下算法计算速度与加速度前馈控制器参数。本发明可利用简单的模糊规则实现前馈控制器参数的自动快速精确调节,进一步调高各驱动关节的跟随精度。
Description
技术领域
本发明属于机器人运动控制领域,涉及机器人技术和自动化领域,可有效提高这种机器人在高速运行时的运动控制精度,尤其涉及一种高速并联机器人的模糊前馈控制方法。
背景技术
对于现代工业普遍采用的PID控制器,其优点是结构简单,方便计算,但动态控制性能较差,自适应能力有限。考虑到高速并联机器人通常执行高速、高加速度运动轨迹,对于精度要求极高。然而对于时变性的被控对象,固定增益的控制器很难满足高速并联机器人高精度的需求。模糊PID作为一种新型的智能控制器,具有较好的鲁棒性,但无法调节前馈控制器参数。在机器人系统高速、高加速度运行时,因前馈控制器参数整定不准确导致的跟随误差,严重降低关节跟随精度。因此,亟需在原有速度、加速度前馈控制器的基础上实施一种模糊前馈控制算法,实现前馈控制器参数的自动快速精确调节,进一步提高驱动关节的跟随精度。
发明内容
本部分的目的是在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述背景技术描述中存在的问题,提出了本发明,因此,本发明其中一个目的是提供一种高速并联机器人的模糊前馈控制方法,可根据设定的接触刚度与阻尼自适应调节位置环与速度环的补偿信号,进而改善抛光质量,提高抛光效率。
2、为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种高速并联机器人的模糊前馈控制方法,包括以下步骤,
S1、确定输入及输出变量;
输出变量为速度前馈控制器参数调整量ΔKvi(i=1,2,3,4)与加速度前馈控制器参数调整量ΔKai(i=1,2,3,4);
S2、构建模糊规则;
将各输入、各输出划分为3个区间,定义对应语言变量为NB-负大,ZO-零,PB-正大,则相应的模糊子集表示为{NB,ZO,PB},定义模糊规则如下:
S3、前馈控制器参数模糊调节;
采集S1中的三个输入变量并按照步骤S2定义的三个语言变量对其进行分类;然后,根据步骤S2定义的模糊规则进行推理,进而确定两个输出的语言变量;最后,将输出变量清晰化,得到速度与加速度前馈控制器参数的模糊调整量ΔKvi与ΔKai,则可根据如下算法计算速度与加速度前馈控制器参数,
首先,将驱动关节跟随误差e与对应阈值[e]比对;
进一步的,在步骤S3中,若满足ei≤[e],则认为速度与加速度前馈控制器参数准确,无需调节;
若满足ei>[e],则认为速度与加速度前馈控制器参数不准确,需调用前馈控制器参数模糊调节算法进行调节。
进一步的,包括模糊控制器、前馈控制器和反馈控制器,模糊控制器用于确定输入及输出变量,作为反馈控制器的输入,θdi关节转过的角度作为前馈控制器和反馈控制器的输入,前馈控制器和反馈控制器的输出与被控伺服系统连接,被控伺服系统的输出θai作为反馈控制器的输入。
与现有技术相比,本发明具有的优点和积极效果如下。
1、本发明采用前馈校正控制策略,构造了一种输入为关节误差、关节速度与关节加速度,输出为速度前馈控制器参数调整量与加速度前馈控制器参数调整量的三输入双输出的前馈模糊算法,自动模糊调节速度与加速度前馈控制器参数,该算法被存储在一个独立的运算寄存器中,可利用简单的模糊规则实现前馈控制器参数的自动快速精确调节,进一步调高各驱动关节的跟随精度;
2、本发明可有效应对机器人高速运行时速度、加速度前馈控制器参数整定不准确对控制品质的影响,从而提高控制精度;核心在于通过根据关节运动状态自动模糊调节速度与加速度前馈控制器参数,本发明的优点在于可自动化调节前馈控制器参数,避免因前馈控制器参数整定不准确导致跟随误差过大的情况,算法简单,占用硬件资源少,易于实现;
3、本发明构造了一种三输入双输出的模糊前馈控制策略,可根据驱动关节的运动状态自动调节前馈控制器参数,提升控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一种高速并联机器人的模糊前馈控制方法的控制框图;
图2是本发明一种高速并联机器人的模糊前馈控制方法的策略实施流程框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸
再次,需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
如图1和图2所示,一种高速并联机器人的模糊前馈控制方法,包括以下步骤:
1、确定输入及输出变量
本发明采用三输入双输出的模糊控制结构:输入变量为驱动关节跟随误差ei(i=1,2,3,4)、关节速度关节加速度输出变量为速度前馈控制器参数调整量ΔKvi(i=1,2,3,4)与加速度前馈控制器参数调整量ΔKai(i=1,2,3,4)。
2、构建模糊规则
本发明采用3个语言变量,将各输入、各输出划分为3个区间,定义对应语言变量为NB(负大),ZO(零),PB(正大),则相应的模糊子集表示为{NB,ZO,PB},定义模糊规则如下:
3、前馈控制器参数模糊调节
首先,将驱动关节跟随误差e与对应阈值[e]比对:
若满足ei≤[e],则认为速度与加速度前馈控制器参数准确,无需调节;
若满足且则认为机器人系统处于高速运行状态,跟随误差增大与前馈控制器参数有关,需调用前馈控制器参数模糊调节方法:首先,采集步骤1中的三个输入变量并按照步骤2定义的三个语言变量对其进行分类;然后,根据步骤2定义的模糊规则进行推理,进而确定两个输出的语言变量;最后,将输出变量清晰化,得到速度与加速度前馈控制器参数的模糊调整量ΔKvi与ΔKai,则可根据如下算法计算速度与加速度前馈控制器参数
在图1中,θdi为关节转过的角度,是电机编码器反馈的关节位置;为关节速度,是电机编码器反馈的关节位置的一次微分;为关节加速度,是电机编码器反馈的关节位置的二次微分,θai为被控伺服系统输出的关节转过的角度。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种高速并联机器人的模糊前馈控制方法,其特征在于:包括以下步骤,
S1、确定输入及输出变量;
输出变量为速度前馈控制器参数调整量ΔKvi(i=1,2,3,4)与加速度前馈控制器参数调整量ΔKai(i=1,2,3,4);
S2、构建模糊规则;
将各输入、各输出划分为3个区间,定义对应语言变量为NB-负大,ZO-零,PB-正大,则相应的模糊子集表示为{NB,ZO,PB},定义模糊规则如下:
S3、前馈控制器参数模糊调节;
采集S1中的三个输入变量并按照步骤S2定义的三个语言变量对其进行分类;然后,根据步骤S2定义的模糊规则进行推理,进而确定两个输出的语言变量;最后,将输出变量清晰化,得到速度与加速度前馈控制器参数的模糊调整量ΔKvi与ΔKai,则可根据如下算法计算速度与加速度前馈控制器参数,
首先,将驱动关节跟随误差e与对应阈值[e]比对;
包括模糊控制器、前馈控制器和反馈控制器,模糊控制器用于确定输入及输出变量,作为反馈控制器的输入,θdi关节转过的角度作为前馈控制器和反馈控制器的输入,前馈控制器和反馈控制器的输出与被控伺服系统连接,被控伺服系统的输出θai作为反馈控制器的输入;在步骤S3中,若满足ei≤[e],则认为速度与加速度前馈控制器参数准确,无需调节;
若满足ei>[e],则认为速度与加速度前馈控制器参数不准确,需调用前馈控制器参数模糊调节算法进行调节;在步骤S3中,若满足且则认为机器人系统处于低速运行状态,跟随误差增大与前馈控制器参数无关,需调用模糊PID控制方法调节反馈控制器参数;
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