[發(fā)明專利]一種工業(yè)機械手抗干擾魯棒自適應(yīng)PID控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410136080.3
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103901776A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐健;喬磊;汪慢;周佳加;張耕實
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B25J9/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種工業(yè)機械手抗干擾魯棒自適應(yīng)PID控制方法。

背景技術(shù)

機械手在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中能夠降低生產(chǎn)成本，增強作業(yè)精度，提高生產(chǎn)效率，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用。然而，由于機械手系統(tǒng)自身具有強耦合性、高度非線性與時變性等特點，致使機械手的控制面臨很大的困難。此外，機械手的作業(yè)環(huán)境中往往存在未知的外界擾動，而機械手自身動力學(xué)中也存在不確定因素，這將導(dǎo)致機械手系統(tǒng)在作業(yè)過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。目前在工業(yè)機械手控制中最為簡單且行之有效的方法為線性PD控制，但實際工程中表明，采用線性PD控制往往會導(dǎo)致驅(qū)動機構(gòu)有很大的初始力矩輸出，鑒于實際的驅(qū)動機構(gòu)不可能提供過大的初始力矩，且機械手本身所能承受的最大力矩也是有限的，這將使通過增大PD控制增益來進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種工業(yè)機械手抗干擾魯棒自適應(yīng)PID控制方法，能夠有效提高工業(yè)機械手系統(tǒng)的控制精度與動態(tài)性能、增強系統(tǒng)魯棒性。

實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案：

一種工業(yè)機械手抗干擾魯棒自適應(yīng)PID控制方法，其特征在于：魯棒自適應(yīng)PID控制器包括PID控制項、自適應(yīng)控制項、魯棒控制項，PID控制項與魯棒控制項的輸入均為機械手的位置與速度誤差，自適應(yīng)控制項的輸入為機械手不確定動力學(xué)參數(shù)的估計值，PID控制項、自適應(yīng)控制項、魯棒控制項的輸出經(jīng)過累加器疊加，實現(xiàn)魯棒自適應(yīng)PID控制。

機械手的位置與速度誤差通過如下方法得到，

測量裝置測得機械手輸出的位置、速度值，比較器將前述位置、速度值與期望輸入的位置、速度值進(jìn)行比較獲得誤差值。

機械手不確定動力學(xué)參數(shù)的估計值通過如下方法得到，

機械手的位置與速度誤差輸入自適應(yīng)控制器，得到不確定動力學(xué)參數(shù)的估計率，再經(jīng)過積分器得到不確定動力學(xué)參數(shù)的估計值。

擾動信號上確界已知時的魯棒自適應(yīng)PID控制器具體通過如下方法設(shè)計，

1）被控對象的數(shù)學(xué)描述：

對于一個具有N個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的機械手系統(tǒng)，其動力學(xué)可由以下二階非線性微分方程描述：

M(q)q··+C(q,q·)q·+G(q)+u=τ---(1)]]>

式（1）中，

q∈Rⁿ——機械手關(guān)節(jié)角位移向量；

M(q)∈R^n×n——機械手的慣性矩陣；

——機械手的離心力和哥式力矩陣；

G(q)∈Rⁿ——機械手的重力項；

τ∈Rⁿ——機械手的外部控制力矩；

u∈Rⁿ——機械手所受的各種外界擾動項；

2）被控對象的動力學(xué)特性：

①M(q)是正定對稱矩陣；

②為斜對稱矩陣；

③存在一個依賴于機械手參數(shù)的參數(shù)向量，使得M(q)，G(q)滿足如下線性關(guān)系：