摘 要:討論了柔性機械手末端負載變化時的控制問題。應用奇異攝動將雙連桿柔性機械手系統分解為慢變、快變兩個子系統。提出一種慢變子系統采用自適應模糊滑模控制、快變子系統采用最優控制的混合控制方法。仿真結果表明,該方法不僅能實現柔性機械手軌跡的快速、準確跟蹤,有效的抑制彈性振動,并且對負載的變化具有強的魯棒性。
關鍵詞:雙連桿;柔性機械手;奇異攝動;自適應模糊滑模控制;最優控制
Abstract: A composite controller is designed based on the singular perturbation model of a two-link flexible manipulators. An adaptive fuzzy sliding mode control is designed for the slow subsystem, and an optimal control is desinged to stabilize the fast subsystem. Numerical simulation results confirm that the proposed controller not only can perform fast and accurate tracking, but also can suppress tip vibration effectively, and has strong robustness to load varying.
Keywords: Two- link;Flexible manipulator; Singular perturbation; Adaptive fuzzy sliding mode control; Optimal control
對柔性機械手進行控制要達到兩個目標:一是完成精確的定位或力控制;二是在定位或力的控制過程中,盡可能快的消除彈性振動。而柔性機械手中彈性振動的存在使得其動力學是非線性的、無窮維的和分布參數的,這就使得柔性機械手的控制問題成為一大難題。
通常對柔性機械手的控制有兩類方法。一是傳統的控制理論,包括PID控制、魯棒控制、H無窮控制和奇異攝動控制等;二是神經網絡、模糊控制和遺傳算法等智能控制方法。其中,模糊控制對于用傳統方法難以處理的對象,如強耦合的、非線性的、不確定性的對象,可以較方便的得出控制策略,并且算法簡便、實時性好。
針對雙連桿柔性機械手負載變化時的位置控制問題,本文基于假設模態法和奇異攝動理論,將系統分解為慢變和快變兩個子系統[1,2]。在設計慢變子系統控制器時,考慮到系統具有強非線性性、強耦合性及不確定性等特點,采用了自適應模糊滑模控制(簡記為AFS)方法。快變子系統經變換后呈線性系統,故采用簡單的最優控制即可快速有效的抑制振動。最后通過仿真計算驗證了本文方法的有效性。
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雙連桿柔性機械手負載自適應模糊滑模控制