基于鲁棒滑模观测器的两关节柔性机械手控制
日期：2009-12-29 14:13:56 点击：
来源：cechinamag
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根据近来有研究人员提出的一种重新定义输出 的解决方法[3?5], 本文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 和零动态子系统两部分; 然后设计积分滑模控制 器, 使得输入输出子系统有限时间收敛, 并选择控 制器参数, 使柔性机械手系统的零动态子系统在平 衡点附近渐进稳定, 从而保证整个柔性机械手系统 的渐近稳定. 由于柔性模态导数的获得一直是个难 点[6?8], 本文提出一种用于观测柔性模态导数的鲁 棒滑模观测器, 通过设计滑模, 可以调整观测器跟踪 系统状态的收敛速度, 使状态估计达到预期的指标; 本文所提控制方法设计过程简单, 易于实现, 并且重 新定义的系统输出中的设计参数多, 使得保证零动 态子系统稳定的设计参数选择余地增大.
2 双臂柔性机械手的动力学模型(Dynamic model of two-link flexible manipulators )
采用文献[9]推导出的双臂柔性机械手动力学模 型. 该模型如图1所示. OX0Y0为固定的参考坐标, OX1Y1和O0X2Y2为分别绕中心O和O0旋转的局部 坐标.
可见, 通过采用输入输出线性化法将柔性机械 手系统(3)分解为输入输出子系统(5)和零动态子系 统(7).
本文的控制目标: 提出一种用于观测柔性模态导 数的鲁棒滑模观测器, 解决柔性模态导数难以获得 的问题; 对输入输出子系统(5)设计积分滑模控制器, 实现输入输出子系统的有限时间控制; 将零动态子 系统(7)在平衡点近似线性化, 在保证零动态子系统 在平衡点附近渐近稳定的前提选择控制器的设计参 数?0和?1, 从而保证了整个柔性机械手系统的渐近稳定.
3 柔性机械手鲁棒滑模观测器设计(Robust sliding mode observer design for flexible manipulators)
首先将双臂柔性机械手系统的模态方程(6)改写 为如下形式:
1 引言(Introduction)WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
柔性机械手以其高负载/自重比, 低能耗, 高速, 适用于直接驱动模式等优点使其在机器人的应用领 域极具吸引力. 但柔性机械手系统是强耦合、非线 性、时变、多输入多输出的分布参数系统, 且本身固 有振动特性, 动力学行为非常复杂. 因此对控制器的 设计提出了很高的要求[1?3].
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根据近来有研究人员提出的一种重新定义输出 的解决方法[3?5], 本文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 和零动态子系统两部分; 然后设计积分滑模控制 器, 使得输入输出子系统有限时间收敛, 并选择控 制器参数, 使柔性机械手系统的零动态子系统在平 衡点附近渐进稳定, 从而保证整个柔性机械手系统 的渐近稳定. 由于柔性模态导数的获得一直是个难 点[6?8], 本文提出一种用于观测柔性模态导数的鲁 棒滑模观测器, 通过设计滑模, 可以调整观测器跟踪 系统状态的收敛速度, 使状态估计达到预期的指标; 本文所提控制方法设计过程简单, 易于实现, 并且重 新定义的系统输出中的设计参数多, 使得保证零动 态子系统稳定的设计参数选择余地增大.
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2 双臂柔性机械手的动力学模型(Dynamic model of two-link flexible manipulators )
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采用文献[9]推导出的双臂柔性机械手动力学模 型. 该模型如图1所示. OX0Y0为固定的参考坐标, OX1Y1和O0X2Y2为分别绕中心O和O0旋转的局部 坐标.
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可见, 通过采用输入输出线性化法将柔性机械 手系统(3)分解为输入输出子系统(5)和零动态子系 统(7).
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本文的控制目标: 提出一种用于观测柔性模态导 数的鲁棒滑模观测器, 解决柔性模态导数难以获得 的问题; 对输入输出子系统(5)设计积分滑模控制器, 实现输入输出子系统的有限时间控制; 将零动态子 系统(7)在平衡点近似线性化, 在保证零动态子系统 在平衡点附近渐近稳定的前提选择控制器的设计参 数?0和?1, 从而保证了整个柔性机械手系统的渐近稳定.
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3 柔性机械手鲁棒滑模观测器设计(Robust sliding mode observer design for flexible manipulators)
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首先将双臂柔性机械手系统的模态方程(6)改写 为如下形式:
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