CN115107035A - 一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法 - Google Patents

一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，包括：步骤S1，根据位置指令和单关节位置反馈计算位置误差值；步骤S2，将位置误差传到常规控制器中；步骤S3，将常规控制器的结果和位置反馈输入到快动力模型中，得到快动力值；步骤S4，将得到的快动力减去力矩反馈输入到PD控制器中；步骤S5，将PD控制器的输出与人工免疫监控器的结果相乘得到监控结果；步骤S6，将监控结果与常规控制器输出相加作为单关节控制的输入；步骤S7，将单关节控制的输入传到人工免疫控制器中，形成闭环。

Description

一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法。
背景技术
随着工业机器人应用领域的不断扩大以及现代工业的快速发展，人们对工业机器人性能的要求越来越高，以进一步提高生产效率和产品质量，因此高速、高精度成为目前机器人伺服控制的发展趋势。
工业机器人系统是一个强非线性、强耦合的复杂系统，要想提高工业机器人的跟踪精度和响应速度，须提高运动伺服控制性能。
目前机器人伺服主要采用传统三环串级PI控制方法。该方法是目前使用最普遍的控制方法，无需控制模型，通过纠正偏差达到指令目标。但是由于存在饱和，及单关节能力达到最大限度，在控制过程中存在强非线性。此非线性会造成反应速度的下降，期望外的过度过程，甚至影响系统的稳定性。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，根据位置指令和单关节位置反馈计算位置误差值；其中，位置误差=位置指令-位置反馈；位置指令指单关节连杆端位置指令，单关节位置反馈指连杆端位置反馈，电机位置在减速器前，连杆位置在减速器后；
步骤S2，将位置误差传到常规控制器中；
步骤S3，将常规控制器的结果和位置反馈输入到快动力模型中，得到快动力值；
步骤S4，将得到的快动力减去力矩反馈输入到PD控制器中；
步骤S5，将PD控制器的输出与人工免疫监控器的结果相乘得到监控结果；
步骤S6，将监控结果与常规控制器输出相加作为单关节控制的输入；
步骤S7，将单关节控制的输入传到人工免疫控制器中，形成闭环。
进一步，在所述步骤S2中，常规控制器包括：P、PI、PID、模糊控制。
进一步，在所述步骤S3中，
将常规控制器的结果和位置反馈输入到快动力模型中，得到快动力：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
其中：
Figure 310739DEST_PATH_IMAGE002
: 电机位置；
Figure 686356DEST_PATH_IMAGE003
： 连杆端惯量；
Figure 106973DEST_PATH_IMAGE004
：电机惯量；
Figure 32073DEST_PATH_IMAGE005
: 科氏力项；
Figure 145522DEST_PATH_IMAGE006
：电机力。
进一步，在所述步骤S7中，所述人工免疫控制器包括：人工免疫P控制器和人工免疫模糊PID控制器。
进一步，当采用人工免疫P控制器时，
Figure 8436DEST_PATH_IMAGE007
Figure 232744DEST_PATH_IMAGE008
其中：
Figure 294241DEST_PATH_IMAGE009
：控制器输入；
Figure 968805DEST_PATH_IMAGE010
：控制器输出；
Figure 381332DEST_PATH_IMAGE011
：反馈速度参数；
Figure 409331DEST_PATH_IMAGE012
：稳定性参数；
Figure 777864DEST_PATH_IMAGE013
：选择的非线性方程；K = k1为反馈速度参数，可调正数；a为稳定性参数，通过k2/k1得到，k2可调正数。
根据本发明实施例的机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，提供混合控制器，通过PD控制器控制高动力，PID控制低动力，并通过人工免疫监控器解决饱和问题。通过混合控制器区分快动力和慢动力，使其拥有更快的响应速度，综合后显著提高了系统的响应速度和带宽。本发明设计应用于机器人单关节的混合控制，提出了高动力和低动力的混合控制策略。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的协作机器人的单关节控制框架示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，本发明实施例的机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，根据位置指令和单关节位置反馈计算位置误差值。其中，位置误差=位置指令-位置反馈；位置指令指单关节连杆端位置指令，单关节位置反馈指连杆端位置反馈，电机位置在减速器前，连杆位置在减速器后。
步骤S2，将位置误差传到常规控制器中。
在本发明的实施例中，常规控制器包括：P、PI、PID、模糊控制。P控制器：比例控制器；PI控制器：比例积分控制器；PID控制器：比例积分模糊控制器；此处涉及到的控制器，均为控制中最基本最基础的控制器，无进一步解释，无引申义。
步骤S3，将常规控制器的结果和位置反馈输入到快动力模型中，得到快动力值。
具体的，将常规控制器的结果和位置反馈输入到快动力模型中，得到快动力：
Figure 967537DEST_PATH_IMAGE001
其中：
Figure 805043DEST_PATH_IMAGE002
: 电机位置；
Figure 371153DEST_PATH_IMAGE003
： 连杆端惯量；
Figure 672822DEST_PATH_IMAGE004
：电机惯量；
Figure 485926DEST_PATH_IMAGE005
: 科氏力项；
Figure 873045DEST_PATH_IMAGE006
：电机力。
步骤S4，将得到的快动力减去力矩反馈输入到PD控制器中。
步骤S5，将PD控制器的输出与人工免疫监控器的结果相乘得到监控结果。
步骤S6，将监控结果与常规控制器输出相加作为单关节控制的输入。
步骤S7，将单关节控制的输入传到人工免疫控制器中，形成闭环。
在本发明的实施例中，人工免疫控制器包括：人工免疫P控制器和人工免疫模糊PID控制器。
当采用人工免疫P控制器时，
Figure 914950DEST_PATH_IMAGE007
Figure 805546DEST_PATH_IMAGE008
其中：
Figure 55130DEST_PATH_IMAGE009
：控制器输入；
Figure 132808DEST_PATH_IMAGE010
：控制器输出；
Figure 775142DEST_PATH_IMAGE011
：反馈速度参数；
Figure 923839DEST_PATH_IMAGE012
：稳定性参数；
Figure 16429DEST_PATH_IMAGE013
：选择的非线性方程；K = k1为反馈速度参数，可调正数；a为稳定性参数，通过k2/k1得到，k2可调正数。
根据本发明实施例的机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，提供混合控制器，通过PD控制器控制高动力，PID控制低动力，并通过人工免疫监控器解决饱和问题。通过混合控制器区分快动力和慢动力，使其拥有更快的响应速度，综合后显著提高了系统的响应速度和带宽。本发明设计应用于机器人单关节的混合控制，提出了高动力和低动力的混合控制策略。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，根据单关节位置指令和位置反馈计算位置误差值；其中，位置误差=位置指令-位置反馈；位置指令指单关节连杆端位置指令，单关节位置反馈指连杆端位置反馈，电机位置在减速器前，连杆位置在减速器后；
步骤S2，将位置误差传到常规控制器中；
步骤S3，将常规控制器的结果和位置反馈输入到快动力模型中，得到快动力值；
步骤S4，将得到的快动力减去力矩反馈输入到PD控制器中；
步骤S5，将PD控制器的输出与人工免疫监控器的结果相乘得到监控结果；
步骤S6，将监控结果与常规控制器输出相加作为单关节控制的输入；
步骤S7，将单关节控制的输入传到人工免疫控制器中，形成闭环。
2.如权利要求1所述的机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，常规控制器包括：P、PI、PID、模糊控制。
3.如权利要求1所述的机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，
将常规控制器的结果和位置反馈输入到快动力模型中，得到快动力：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中：
Figure 290570DEST_PATH_IMAGE002
: 电机位置；
Figure 939857DEST_PATH_IMAGE003
： 连杆端惯量；
Figure 805045DEST_PATH_IMAGE004
：电机惯量；
Figure 130853DEST_PATH_IMAGE005
: 科氏力项；
Figure 979860DEST_PATH_IMAGE006
：电机力。
4.如权利要求1所述的机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，其特征在于，在所述步骤S7中，所述人工免疫控制器包括：人工免疫P控制器和人工免疫模糊PID控制器。
5.如权利要求4所述的机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法，其特征在于，当采用人工免疫P控制器时，
Figure 229576DEST_PATH_IMAGE007
Figure 152532DEST_PATH_IMAGE008
其中：
Figure 462291DEST_PATH_IMAGE009
：控制器输入；
Figure 923228DEST_PATH_IMAGE010
：控制器输出；
Figure 976635DEST_PATH_IMAGE011
：反馈速度参数；
Figure 816415DEST_PATH_IMAGE012
：稳定性参数；
Figure 234758DEST_PATH_IMAGE013
：选择的非线性方程；K = k1为反馈速度参数，可调正数；a为稳定性参数，通过k2/k1得到，k2可调正数。
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