[發明專利]基于迭代反饋調整的工業機器人及其軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201811523574.1
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109669348B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 謝遠龍;王書亭;劉倫洪;羅年猛;張捷;蔣立泉;孟杰;趙偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尚威;李智

1.一種基于迭代反饋調整的工業機器人軌跡跟蹤控制方法，該工業機器人的單關節驅動控制系統表示如下：

y_p＝T_pr_p+S_pv_p

y_s＝T_s(r_p-v_p)

T_s＝T_p/G_p，S_p＝1-T_p

其中，y_p為位置環的反饋位置，y_s為速度環的反饋速度，u_s為控制輸入信號，G_s為未知的速度環模型，G_p＝T/(1-z^-1)表示的是速度到位置的積分函數，T是離散周期，z是時移因子，C_s是速度環控制器，C_p為位置環控制器，T_p、T_i、T_s和S_p為控制系統模型中的中間傳遞函數，r_p為系統的參考位置指令，v_p為干擾信號；

其特征在于，該工業機器人軌跡跟蹤控制方法包括如下步驟：

步驟1：建立單關節驅動系統的軌跡跟蹤控制準則：

其中，t表示時間序列，θ_s為C_s的控制參數，θ_p為C_p的控制參數，y_d為單關節驅動系統設定的軌跡，λ為權重因子，N為數據容量；

步驟2：推導軌跡跟蹤控制準則J(θ_s,θ_p)對控制器參數θ_s和θ_p的偏導數；

步驟3：通過三次迭代實驗，設計參考位置指令，并采集位置反饋信號、速度反饋信號和控制輸入信號，用于后續完成軌跡跟蹤控制準則的偏導數信息的估測：

第一次實驗：

參考位置指令設置為：

采集相應的數據：

第二次實驗:

參考位置指令設置為：

采集相應的數據：

第三次實驗：

參考位置指令設置為：

采集相應的數據：

其中，上標1、2、3分別表示第幾次實驗的數據，特別地，r¹表示設定的初始位置指令；

步驟4：估測控制準則對控制器參數的偏導數信息：

利用步驟3測取的實驗數據和步驟2的推導結果，在G_s未知的情況下，估測軌跡跟蹤控制準則的偏導數如下：

其中，θ＝[θ_s θ_p]^T為待設計的控制器參數矩陣，est(*)表示利用迭代實驗的數據估測相應偏導數的數值，和的使用確保了偏導數估測過程信號的互相關性為零，從而消除數據噪聲干擾的影響；

步驟5：根據步驟4獲得的偏導數信息的估測信息，將單關節軌跡跟蹤串級控制器參數的更新設定為：

其中，i表示迭代周期；γⁱ為步長，表示每次迭代更新的幅度；Rⁱ是海森矩陣，指明了迭代更新的方向；

步驟6：按照步驟3-5對工業機器人的所有關節驅動系統軌跡控制器進行優化。

2.如權利要求1所述的一種基于迭代反饋調整的工業機器人軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，位置環控制器和速度環控制器的結構定義為：

其中，和為速度環待辨識的控制器參數，和為位置環待辨識的控制器參數。