[發明專利]雙連桿機械臂控制方法

在審

• 申請號: 201811232241.3
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109249396A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 李彬;郭小龍;譚元;曹函宇
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王寧寧

本發明提供一種雙連桿機械臂控制方法，包括：確定雙連桿機械臂的第一約束條件以及第一代價函數，然后通過控制參數化、時間尺度變換以及精確罰函數法，最終將第一動力學方程、該第一約束條件以及該第一代價函數轉換為第三動力學方程以及第三代價函數，最后根據該第三動力學方程以及該第三代價函數求解該雙連桿機械臂的最優控制參數。該方法利用控制參數化和時間尺度變換的方法，將PID參數整定問題近似為連續狀態不等式約束下的最優參數選擇問題，并在此基礎上，通過采用精確罰函數法使得該問題變為一個沒有約束的問題，找到了求解PID控制器參數的計算方法。

技術領域

本發明涉及PID參數整定技術領域，具體而言，涉及一種雙連桿機械 臂控制方法。

背景技術

對于受狀態或者控制約束的最優控制問題，具有廣泛的應用范圍。然 而，由于許多具體問題的復雜性，它們只能通過數值方法來解決，這些方 法主要運用于開環最優控制，而不是反饋控制這種在工程應用中首選的控 制方法。

對于選擇PID控制器形式的反饋控制，它由比例、積分和微分控制作 用的三個并行控制項組成。然而，即使對于傳統的PID控制問題，比例、 積分和微分控制項的參數也不容易調整，對于帶有狀態或PID控制器約束 的控制問題尤其如此。

發明內容

本發明提供一種雙連桿機械臂控制方法，以解決問題PID控制器參數 選擇困難的問題。

為了實現上述目的，本發明實施例所提供的技術方案如下所示：

本發明實施例提供一種雙連桿機械臂控制方法，包括：確定雙連桿機 械臂的第一約束條件以及第一代價函數；通過控制參數化將所述雙連桿機 械臂的第一動力學方程以及所述第一約束條件分別轉換為第二動力學方程 以及第二約束條件；通過時間尺度變換將所述第二動力學方程、所述第二 約束條件以及所述第一代價函數分別轉換為第三動力學方程、第三約束條 件以及第二代價函數；通過精確罰函數法將所述第三約束條件以及所述第 二代價函數進行處理，得到第三代價函數；根據所述第三動力學方程以及 所述第三代價函數求解所述雙連桿機械臂的最優控制參數。

在本發明的可選實施例中，所述第一約束條件包括：滿足運動超調限 制的約束條件、所述雙連桿機械臂響應上升時間的約束條件以及所述雙連 桿機械臂電機輸出約束條件。

在本發明的可選實施例中，所述滿足運動超調限制的約束條件包括：

其中，g₁(t)為所述雙連桿機械臂的第一關節滿足運動超調限制的約束條件， g₂(t)為所述雙連桿機械臂的第二關節滿足運動超調限制的約束條件，x₁(t)為 所述雙連桿機械臂的第一關節實際位置，x₃(t)為所述雙連桿機械臂的第二關 節實際位置，為所述雙連桿機械臂的第一關節輸入位置，為所述雙連 桿機械臂的第二關節輸入位置，t為所述雙連桿機械臂的運動時間。

在本發明的可選實施例中，所述所述雙連桿機械臂響應上升時間的約 束條件包括：

g₃(t)＝h(t)-x₁(t)≤0,t∈[0,5s]，

g₄(t)＝h(t)-x₃(t)≤0,t∈[0,5s]，

其中，g₃(t)為所述雙連桿機械臂的第一關節響應 上升時間的約束條件，g₄(t)為所述雙連桿機械臂的第二關節響應上升時間 的約束條件。

在本發明的可選實施例中，所述所述雙連桿機械臂電機輸出約束條件 包括：

g₅(t)＝|τ₁(t)|-150≤0,t∈[0,5s]，