CN114859708A - 一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法 - Google Patents

一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114859708A
CN114859708A CN202210277091.8A CN202210277091A CN114859708A CN 114859708 A CN114859708 A CN 114859708A CN 202210277091 A CN202210277091 A CN 202210277091A CN 114859708 A CN114859708 A CN 114859708A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mechanical arm
flexible mechanical
constraint
tracking
link flexible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210277091.8A
Other languages
English (en)
Inventor
杨忠君
董楚妍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang University of Chemical Technology
Original Assignee
Shenyang University of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang University of Chemical Technology filed Critical Shenyang University of Chemical Technology
Priority to CN202210277091.8A priority Critical patent/CN114859708A/zh
Publication of CN114859708A publication Critical patent/CN114859708A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Abstract

一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，涉及一种机械臂跟踪控制方法，本发明为一种针对非对称时变全状态约束下的单连杆柔性机械臂轨迹跟踪控制方法，通过直流电动机控制的单连杆柔性机械臂系统的动力学模型，通过选择合适的状态以及对未知有界扰动和跟踪轨线进行合适的约束,在实际控制器的设计中，将反步法应用于自适应模糊实际控制器的设计中，为了防止约束越界，本发明在反步法设计的每一步中同时还引入了新的tan型非对称时变阻碍李雅普诺夫函数，设计相应的控制律和自适应律，保证无论初始条件如何，实现最终一致有界的跟踪控制效果，而且不对称时变约束可以在有限时间之后实现。

Description

一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法
技术领域
本发明涉及一种机械臂跟踪控制方法，特别是涉及一种针对带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法。
背景技术
随着社会生产力的迅速发展，机械臂在各个领域内的应用越来 越广泛，尤其是航空航天、服务等领域，机械臂的研究越来越受重视．与刚性机械臂相比，单连杆柔性机械臂自重轻、耗能低、灵活度高，具有明显的优势，所以单连杆柔性柔性柔性机械臂的研究也成为了一个热点．
机器人在现代工业自动化生产中越来越多地得到应用，成为了工业生产体系中的重要角色。作为机器人的一种，工业机械臂可以代替人类从事一些装配、搬运和焊接等重复高强度或高精度要求的工作。和人工相比，工业机械臂拥有更高的工作效率，并且可以在一些危险的环境下进行工作，可以有效提升工厂的生产力水平。
面对越来越复杂的生产工艺，对工业机械臂的控制要求也不断提升，如何对工业机械臂进行有效控制，一直是热门研究方向，近年来取得了不少研究成果。在一些需要与人进行交互或高精度的工作任务中，为了确保生产安全和控制精度，需要对机械臂的运动空间、运动速度以及跟踪误差进行限制。因此，对机械臂的约束控制进行研究具有重要的实际意义。
但是，单连杆柔性机械臂的自身结构与材料所具有的优点也是其研究困扰所在．在运动过程中，单连杆柔性机械臂自身会产生弹性形变与模糊，这就使得其运动定位 与轨迹跟踪有一定难度，因此，对单连杆柔性机械臂的运动轨迹实现跟踪并对其模糊进行抑制有重要意义．此外，在运动控制中常遇到约束问题，比如驱动电动机的额定转矩、额定转速、机械限位、运动干涉等，还有一些特定场合中的特殊约束问题，如绳牵引机构在运动中需要考虑 绳子的牵引力约束机械加工中需要通过优化刀具运动轨迹使切 削力满足约束、视觉伺服系统需要考虑视觉的能见性约束、移动小车在转弯过程中需要考虑曲率约束、刚性机器人的运动中需要对各个关节的角速度和角度进行约束。
现有技术研究了带有输出约束的不确定欠驱动水面船舶的自适应神经网络轨迹跟踪控制问题。同时现有技术研究了带有输出约束和输入死区的机械臂系统的自适应神经网络跟踪控制。然而，现有技术还不能解决带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制问题，这些新的技术尚待提出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，本发明为一种针对非对称时变全状态约束下的单连杆柔性机械臂轨迹跟踪控制方法，该方法在己有的约束条件下，保证无论初始条件如何，都可实现最终一致有界的跟踪控制效果。通过直流电动机控制的单连杆柔性机械臂系统的动力学模型，在实际控制器的设计中，将反步法应用于自适应模糊实际控制器的设计中，实现最终一致有界的跟踪控制效果，解决了有限维模型描述单连杆柔性机械臂系统模型,导致单连杆柔性机械臂系统不稳定的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，所述方法建立直流电动机控制的单连杆柔性机械臂系统的动力学模型；根据实际的要求所述的针对带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法，包括以下步骤：
步骤一：
建立单连杆柔性机械臂系统的动力学模型，包括单连杆柔性机械臂系统的控制方程及单连杆柔性机械臂末端角位移的运动方程；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 504605DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 568244DEST_PATH_IMAGE004
是电机转子惯性，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
是连杆质量，
Figure 203756DEST_PATH_IMAGE006
是负载质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是连杆长度，
Figure 533106DEST_PATH_IMAGE008
是负载半径，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
是重力加速度，
Figure 732007DEST_PATH_IMAGE010
是粘滞摩擦系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
代表电机角位移(同时也是机械臂关节角度），
Figure 715399DEST_PATH_IMAGE012
代表电机电枢电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是转矩系数，
Figure 771080DEST_PATH_IMAGE014
是电枢电感，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
是电枢电阻，
Figure 338459DEST_PATH_IMAGE016
是反电动势系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
代表输人控制电压；
步骤二:
将建立的动力学模型转化成状态方程；通过设置
Figure 137788DEST_PATH_IMAGE018
以及适当的机电参数，把系数等效为如下形式：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
其中
Figure 972757DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure DEST_PATH_IMAGE021
是未知函数，已知
Figure 464918DEST_PATH_IMAGE022
。外界扰动信号
Figure DEST_PATH_IMAGE023
满足
Figure 519593DEST_PATH_IMAGE024
是常数；
步骤三：将实际控制器应用于单连杆柔性机械臂的控制，设计非对称时变约束区间，对单连杆柔性机械臂的转角、转动速度和转矩进行约束控制；
步骤四：依据动力学模型,确定带有输出约束的实际控制器,对带有输出约束的单连杆柔性机械臂的模糊进行抑制的同时，控制单连杆柔性机械臂转动到期望角位置之后，通过李雅普诺夫直接法对实际控制器进行稳定性分析；
步骤五：通过李雅普诺夫直接法对所述实际控制器进行稳定性分析之后,并通过仿真验证实际控制器的可行性及有效性。
所述的一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，所述步骤三约束控制的控制目标为：
（1）闭环系统中全部信号都是有界的；
（2）系统空间状态
Figure DEST_PATH_IMAGE025
不违反预设的约束条件；
（3）系统跟踪误差能保持在指定区间
Figure 857034DEST_PATH_IMAGE026
内；
（4）在只有连杆位移
Figure DEST_PATH_IMAGE027
可测的情况下，使
Figure 639238DEST_PATH_IMAGE028
跟踪参照信号
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，最大允许误差为
Figure 36721DEST_PATH_IMAGE030
，连杆跟踪参照信号
Figure DEST_PATH_IMAGE031
。
所述的一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，所述针对带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法,实际控制器表示为：
Figure 578692DEST_PATH_IMAGE032
，
虚拟控制器为：
Figure DEST_PATH_IMAGE033
自适应率：
Figure 719823DEST_PATH_IMAGE034
。
所述的一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，所述带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法，该方法通过李雅普诺夫直接法对实际控制器进行稳定性分析，包括构造针对单连杆柔性机械臂的闭环系统的李雅普诺夫候选函数若李雅普诺夫候选函数是正定的,且李雅普诺夫候选函数对时间的导数半负定,则判定实际控制器能使单连杆柔性机械臂的闭环系统渐进稳定。
本发明的优点与效果是：
本发明为一种针对非对称时变全状态约束下的单连杆柔性机械臂轨迹跟踪控制方法，该方法在己有的约束条件下，保证无论初始条件如何，都可实现最终一致有界的跟踪控制效果。通过直流电动机控制的单连杆柔性机械臂系统的动力学模型，通过选择合适的状态以及对未知有界扰动和跟踪轨线进行合适的约束, 在实际控制器的设计中，将反步法应用于自适应模糊实际控制器的设计中，为了防止约束越界，本发明在反步法设计的每一步中同时还引入了新的tan型非对称时变阻碍李雅普诺夫函数，设计相应的控制律和自适应律，保证无论初始条件如何，实现最终一致有界的跟踪控制效果，而且不对称时变约束可以在有限时间之后实现。本发明广泛适用于自动控制领域。
本发明自适应跟踪控制器可以让单连杆柔性机械臂具有良好的跟踪性能，并且系统输出可以保持在非对称时变约束区间内，满足约束条件。从仿真结果可知，本发明非对称时变约束控制方法可以有效对单连杆柔性机械臂进行控制，并对机械臂的转角、转动速度和转矩进行非对称时变约束，同时减少了单连杆柔性机械臂趋于稳定的时间。
附图说明
图1为本发明单连杆柔性机械臂立体图；
图2为本发明直流电动机控制单连杆柔性机械臂原理图；
图3为本发明设计原理流程图；
图4为本发明系统输出
Figure DEST_PATH_IMAGE035
和参考信号
Figure 529385DEST_PATH_IMAGE036
及其约束区间的轨迹图；
图5为本发明系统状态
Figure DEST_PATH_IMAGE037
及其约束区间轨迹图；
图6为本发明系统状态
Figure 363349DEST_PATH_IMAGE038
及其约束区间轨图；
图7为本发明自适应参数
Figure DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 127037DEST_PATH_IMAGE040
轨迹图；
图8为本发明系统输入
Figure DEST_PATH_IMAGE041
的轨迹图；
图9为本发明跟踪误差
Figure 71859DEST_PATH_IMAGE042
及其约束区间轨迹图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
步骤一：一种针对非对称时变全状态约束下的单连杆柔性机械臂轨迹跟踪控制方法,包括：建立直流电动机控制的单连杆柔性机械臂系统的动力学模型；
根据实际的要求所述的针对带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法,其单杆机械臂系统的动力学模型包括单连杆柔性机械臂系统的控制方程及单连杆柔性机械臂末端角位移的运动方程。
Figure DEST_PATH_IMAGE043
（1）
其中，
Figure 738857DEST_PATH_IMAGE044
Figure DEST_PATH_IMAGE045
是电机转子惯性，
Figure 743722DEST_PATH_IMAGE046
是连杆质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
是负载质量，
Figure 994706DEST_PATH_IMAGE048
是连杆长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
是负载半径，
Figure 477640DEST_PATH_IMAGE050
是重力加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
是粘滞摩擦系数。
Figure 261794DEST_PATH_IMAGE052
代表电机角位移(同时也是负载位移），
Figure DEST_PATH_IMAGE053
代表电机电枢电流，
Figure 437560DEST_PATH_IMAGE054
是转矩系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
是电枢电感，
Figure 175840DEST_PATH_IMAGE056
是电枢电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE057
是反电动势系数，
Figure 462465DEST_PATH_IMAGE058
代表输人控制电压。
步骤二: 将建立的动力学模型转化成状态方程；
通过设置
Figure DEST_PATH_IMAGE059
以及适当的机电参数，可以把系数等效为如下形式：
Figure 838476DEST_PATH_IMAGE060
（2）
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，和
Figure 185144DEST_PATH_IMAGE062
是未知函数，已知
Figure DEST_PATH_IMAGE063
。外界扰动信号
Figure 410720DEST_PATH_IMAGE064
满足
Figure DEST_PATH_IMAGE065
且
Figure 501036DEST_PATH_IMAGE066
是常数。
步骤三：将本发明所设计实际控制器应用于单连杆柔性机械臂的控制，设计了非对称时变非对称约束区间，对单连杆柔性机械臂的转角、转动速度和转矩进行约束控制。
本发明控制目标：
（1）闭环系统中全部信号都是有界的；
（2）系统空间状态
Figure DEST_PATH_IMAGE067
不违反预设的约束条件；
（3）系统跟踪误差能保持在指定区间
Figure 994203DEST_PATH_IMAGE068
内；
（4）在只有连杆位移
Figure DEST_PATH_IMAGE069
可测的情况下，使
Figure 246193DEST_PATH_IMAGE070
跟踪参照信号
Figure DEST_PATH_IMAGE071
，最大允许误差为
Figure 959065DEST_PATH_IMAGE072
，连杆跟踪参照信号
Figure DEST_PATH_IMAGE073
；
步骤四：对控制器进行设计，需要定义如下跟踪误差
Figure 587492DEST_PATH_IMAGE074
（3）
跟踪误差的一阶导数如下
Figure DEST_PATH_IMAGE075
（4）
定义
Figure 203675DEST_PATH_IMAGE076
Figure DEST_PATH_IMAGE077
（6）
为了对系统（2）的全部状态进行非对称时变约束，按照如下形式选取非对称时变阻碍李雅普诺夫函数为
Figure 626566DEST_PATH_IMAGE078
（5）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE079
为正的设计参数，
Figure 826734DEST_PATH_IMAGE080
表示对
Figure DEST_PATH_IMAGE081
的估计，
Figure 258853DEST_PATH_IMAGE082
为估计的误差。
Figure DEST_PATH_IMAGE083
，
Figure 461033DEST_PATH_IMAGE084
和
Figure DEST_PATH_IMAGE085
分别为约束区间的时变上下界。
可得，存在一些常数
Figure 320404DEST_PATH_IMAGE086
，使得
Figure DEST_PATH_IMAGE087
。
计算（5）的导数可得
Figure 742290DEST_PATH_IMAGE088
（7）
实际控制器表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE089
（8）
其中
Figure 280894DEST_PATH_IMAGE090
虚拟控制器为：
Figure DEST_PATH_IMAGE091
自适应率：
Figure 353893DEST_PATH_IMAGE092
Figure DEST_PATH_IMAGE093
步骤五：验证单连杆柔性机械臂系统的稳定性分析
对于系统（2）所示带有全状态非对称时变约束的单连杆柔性机械臂系统，通过选择合适的设计参数，设计系统的实际控制器（8）、虚拟控制器（9）和自适应率（10），当系统初始条件满足
Figure 384165DEST_PATH_IMAGE094
时，可以使得如下控制目标成立：
（1）单连杆柔性机械臂系统中全部信号都是有界的；
（2）系统状态
Figure DEST_PATH_IMAGE095
不违反预设的约束条件；
（3）系统跟踪误差能保持在指定区间
Figure 542614DEST_PATH_IMAGE096
内；
（4）在只有连杆位移
Figure DEST_PATH_IMAGE097
可测的情况下，使
Figure 506416DEST_PATH_IMAGE098
跟踪参照信号
Figure DEST_PATH_IMAGE099
，最大允许误差为
Figure 683188DEST_PATH_IMAGE100
，连杆跟踪参照信号
Figure 884362DEST_PATH_IMAGE099
。
证明：为了便于表示，定义如下参数
Figure DEST_PATH_IMAGE101
（11）
Figure 280840DEST_PATH_IMAGE102
（12）
系统中的所有变量
Figure DEST_PATH_IMAGE103
和
Figure 592872DEST_PATH_IMAGE104
都是有界的。并且可以进一步得到
Figure DEST_PATH_IMAGE105
（13）
当
Figure 892660DEST_PATH_IMAGE106
时，可得
Figure DEST_PATH_IMAGE107
(14)
同理，当
Figure 264735DEST_PATH_IMAGE108
时可得
Figure DEST_PATH_IMAGE109
(15)
因为
Figure 148509DEST_PATH_IMAGE110
，可得
Figure DEST_PATH_IMAGE111
（16）
在推导过程中已经证明
Figure 264232DEST_PATH_IMAGE112
也是有界的，所以同理可得系统（2）中所有的状态都满足
Figure DEST_PATH_IMAGE113
（17）
证明完毕。
步骤六：仿真结果分析
本发明利用Matlab软件设计两个仿真程序用以验证本发明设计的自适应跟踪控制器的有效性，首先应用数值仿真证明所设计的控制器可以对单连杆柔性机械臂系统进行有效非对称时变约束控制，然后将所设计的控制器应用于单连杆柔性机械臂的控制。并且为了比较动态面控制方法对系统跟踪速度的影响，在每个仿真例子中都应用了以下两种控制方法：
1：应用本发明所提的基于方法的对单连杆柔性机械臂系统的全状态非对称时变约束控制方案。
2：将传统的非对称时变约束控制方案应用于单连杆柔性机械臂系统控制。
数值仿真
为验证上述系统有效，进行验证仿真实验，针对如下带有外部扰动和全状态非对称时变约束的单连杆柔性机械臂系统，
Figure 415597DEST_PATH_IMAGE114
(18)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE115
为单连杆柔性机械臂角位置，
Figure 958574DEST_PATH_IMAGE116
为角速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE117
为转矩，
Figure 64064DEST_PATH_IMAGE118
和
Figure DEST_PATH_IMAGE119
分别为系统的输入和输出，
Figure 983479DEST_PATH_IMAGE120
为外部扰动,
Figure DEST_PATH_IMAGE121
，
Figure 992279DEST_PATH_IMAGE122
，
Figure DEST_PATH_IMAGE123
，
Figure 706157DEST_PATH_IMAGE124
，参考信号
Figure DEST_PATH_IMAGE125
。
设计系统（18）的虚拟控制函数
Figure 564523DEST_PATH_IMAGE126
，实际控制器
Figure DEST_PATH_IMAGE127
和自适应率
Figure 22049DEST_PATH_IMAGE128
，选取相关参数为
Figure DEST_PATH_IMAGE129
，
Figure 882427DEST_PATH_IMAGE130
，
Figure DEST_PATH_IMAGE131
，
Figure 32785DEST_PATH_IMAGE132
，
Figure DEST_PATH_IMAGE133
，
Figure 112868DEST_PATH_IMAGE134
，
Figure DEST_PATH_IMAGE135
，
Figure 374085DEST_PATH_IMAGE136
，
Figure DEST_PATH_IMAGE137
，
Figure 103617DEST_PATH_IMAGE138
，
Figure DEST_PATH_IMAGE139
，
Figure 424877DEST_PATH_IMAGE140
，
Figure DEST_PATH_IMAGE141
，
Figure 992256DEST_PATH_IMAGE142
，
Figure DEST_PATH_IMAGE143
，
Figure 791585DEST_PATH_IMAGE144
，
Figure DEST_PATH_IMAGE145
。
系统非对称时变约束区间的上下界分别设置为:
Figure 626554DEST_PATH_IMAGE146
系统的初始状态为
Figure DEST_PATH_IMAGE147
，
Figure 118716DEST_PATH_IMAGE148
，
Figure DEST_PATH_IMAGE149
，
Figure 907811DEST_PATH_IMAGE150
，
Figure DEST_PATH_IMAGE151
，
Figure 510831DEST_PATH_IMAGE152
。

Claims (4)

1.一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，其特征在于，所述方法建立直流电动机控制的单连杆柔性机械臂系统的动力学模型；根据实际的要求所述的针对带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法，包括以下步骤：
步骤一：
建立单连杆柔性机械臂系统的动力学模型，包括单连杆柔性机械臂系统的控制方程及单连杆柔性机械臂末端角位移的运动方程；
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
是电机转子惯性，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
是连杆质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
是负载质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
是连杆长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
是负载半径，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
是重力加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
是粘滞摩擦系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
代表电机角位移(同时也是机械臂关节角度），
Figure DEST_PATH_IMAGE022
代表电机电枢电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
是转矩系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
是电枢电感，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
是电枢电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
是反电动势系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
代表输人控制电压；
步骤二:
将建立的动力学模型转化成状态方程；通过设置
Figure DEST_PATH_IMAGE034
以及适当的机电参数，把系数等效为如下形式：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，和
Figure DEST_PATH_IMAGE040
是未知函数，已知
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，外界扰动信号
Figure DEST_PATH_IMAGE044
满足
Figure DEST_PATH_IMAGE046
且
Figure DEST_PATH_IMAGE048
是常数；
步骤三：将实际控制器应用于单连杆柔性机械臂的控制，设计非对称时变约束区间，对单连杆柔性机械臂的转角、转动速度和转矩进行约束控制；
步骤四：依据动力学模型,确定带有输出约束的实际控制器,对带有输出约束的单连杆柔性机械臂的模糊进行抑制的同时，控制单连杆柔性机械臂转动到期望角位置之后，通过李雅普诺夫直接法对实际控制器进行稳定性分析；
步骤五：通过李雅普诺夫直接法对所述实际控制器进行稳定性分析之后,并通过仿真验证实际控制器的可行性及有效性。
2.根据权利要求1所述的一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤三约束控制的控制目标为：
（1）闭环系统中全部信号都是有界的；
（2）系统空间状态
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
不违反预设的约束条件；
（3）系统跟踪误差能保持在指定区间
Figure DEST_PATH_IMAGE054
内；
（4）在只有连杆位移
Figure 1350DEST_PATH_IMAGE050
可测的情况下，使
Figure DEST_PATH_IMAGE056
跟踪参照信号
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，最大允许误差为
Figure DEST_PATH_IMAGE060
，连杆跟踪参照信号
Figure 905721DEST_PATH_IMAGE058
。
3.根据权利要求1所述的一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，其特征在于，所述针对带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法,实际控制器表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
虚拟控制器为：
Figure DEST_PATH_IMAGE064
自适应率：
Figure DEST_PATH_IMAGE066
。
4.根据权利要求1所述的一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法，其特征在于，所述带有输出非对称时变约束的单连杆柔性机械臂的跟踪控制方法，该方法通过李雅普诺夫直接法对实际控制器进行稳定性分析，包括构造针对单连杆柔性机械臂的闭环系统的李雅普诺夫候选函数若李雅普诺夫候选函数是正定的,且李雅普诺夫候选函数对时间的导数半负定,则判定实际控制器能使单连杆柔性机械臂的闭环系统渐进稳定。
CN202210277091.8A 2022-03-21 2022-03-21 一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法 Pending CN114859708A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210277091.8A CN114859708A (zh) 2022-03-21 2022-03-21 一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210277091.8A CN114859708A (zh) 2022-03-21 2022-03-21 一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114859708A true CN114859708A (zh) 2022-08-05

Family

ID=82627114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210277091.8A Pending CN114859708A (zh) 2022-03-21 2022-03-21 一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114859708A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116690561A (zh) * 2023-05-30 2023-09-05 渤海大学 一种用于单连杆机械臂的自适应最优反步控制方法及系统
CN117359645A (zh) * 2023-12-04 2024-01-09 青岛理工大学 一种单连杆机械臂的自适应预定义时间控制方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116690561A (zh) * 2023-05-30 2023-09-05 渤海大学 一种用于单连杆机械臂的自适应最优反步控制方法及系统
CN116690561B (zh) * 2023-05-30 2024-01-23 渤海大学 一种用于单连杆机械臂的自适应最优反步控制方法及系统
CN117359645A (zh) * 2023-12-04 2024-01-09 青岛理工大学 一种单连杆机械臂的自适应预定义时间控制方法
CN117359645B (zh) * 2023-12-04 2024-02-23 青岛理工大学 一种单连杆机械臂的自适应预定义时间控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Visioli et al. On the trajectory tracking control of industrial SCARA robot manipulators
CN108983606A (zh) 一种机械臂系统的鲁棒滑模自适应控制方法
CN114859708A (zh) 一种单连杆柔性机械臂跟踪控制方法
Hashemi et al. Model-based PI–fuzzy control of four-wheeled omni-directional mobile robots
JP2763832B2 (ja) 未知ダイナミックスを含むプラントの制御装置および方法
CN111788040A (zh) 机器人的动力学参数辨识方法、机器人和存储装置
CN102385342B (zh) 虚拟轴机床并联机构运动控制的自适应动态滑模控制方法
CN106873383B (zh) 一种降低工业机器人振动的在线控制方法
CN109352656B (zh) 一种具有时变输出约束的多关节机械臂控制方法
CN105652667B (zh) 一种模型不确定双关节机械手的高精度轨迹跟踪控制方法
CN114043480A (zh) 一种基于模糊控制的自适应阻抗控制算法
CN115990888A (zh) 一种具有死区和时变约束功能的机械臂控制方法
Yu et al. A rate-difference disturbance observer control for a timing-belt servo system
Kang et al. Kinematic path‐tracking of mobile robot using iterative learning control
Agostini et al. Generating swing-suppressed maneuvers for crane systems with rate saturation
JPS5932012A (ja) 位置決めサ−ボ方式
CN109884890B (zh) 一种电驱动机械臂伺服系统的时变约束反演控制方法
Ohri et al. Comparison of robustness of PID control and sliding mode control of robotic manipulator
Lin et al. Robust recurrent-neural-network sliding-mode control for the XY table of a CNC machine
CN116638544A (zh) 一种基于超局部模型的关节模组协同控制方法
Abedini et al. Tuning of an optimal PID controller with iterative feedback tuning method for DC motor
CN115179300A (zh) 一种预定时间的柔性机械臂轨迹跟踪控制方法
Beata Fuzzy logic controller for robot manipulator control system
Visioli et al. Adaptive friction compensation for industrial robot control
CN108638064B (zh) 一种基于均值耦合的多机械臂系统自适应参数辨识与位置同步控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination