[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

本發明公開了一種基于迭代反饋調整的工業機器人及其軌跡跟蹤控制方法，屬于工業機器人控制領域。該方法結合對控制輸入信號幅值的限制和軌跡跟蹤誤差，建立軌跡跟蹤控制準則，推導得到控制準則相對于速度控制器和位置控制器的偏導數，進而設計三次迭代實驗并利用采集的數據完成對控制準則偏導數信息的估測，實現對各關節驅動系統軌跡跟蹤控制器參數的更新校正。與現有技術相比，本發明的軌跡跟蹤控制方法是無模型的自適應控制方法，不受未建模動態和建模誤差的影響，同時本發明通過迭代重復獲取數據的方式消除了噪聲擾動的影響，結合迭代域內的位置跟隨誤差來自適應更新校正系統的軌跡跟蹤控制器參數，保證系統的跟隨控制性能最優。

技術領域

本發明屬于工業機器人控制領域，更具體地，涉及一種基于迭代反饋調整的工業機器人軌跡跟蹤控制方法。

背景技術

高性能工業機器人系統，被廣泛地應用在激光加工、焊接、碼垛、3C等控制精度要求高的領域。對于工業機器人而言，各關節的驅動系統控制性能將直接影響工業機器人的運行效率與定位精度，因此運用先進的智能控制算法進一步提高其關節驅動系統的動態響應跟蹤性能可保證工業機器人的軌跡跟蹤控制精度和可靠性。

在自動化控制領域，工業機器人需進行精確定位，其各關節驅動系統中采用的是串級控制結構，這種串級控制結構包括了位置環和速度環兩個環節，其中速度環是以速度信號作為反饋信號的內環控制環節，刷新速率高，而位置環是以位置信號作為反饋信號的外環控制環節。位置環控制器的輸出信號即為速度環控制器的輸入信號，最終實現對驅動系統的位置控制，從而完成對工業機器人的軌跡跟蹤控制。

為了保證工業機器人位置控制的精度和可靠性，需要對各關節驅動系統的速度環和位置環控制器參數進行整定，只有合適的控制器參數才能發揮控制器的最優效果，保證系統的軌跡跟蹤性能。

而目前對于這種包含了位置環控制器和速度環控制器的串級控制結構的設計方法還存在三方面的不足：

1)傳統的方法依賴于系統的精確模型的辨識，而對于具有非線性、強耦合性和參數時變特征的驅動系統，其控制性能將會受到影響，并且未建模動態和模型誤差始終存在，因此基于不精確模型設計的串級控制器不能保證系統的最優控制性能；

2)現存的方法對于速度環和位置環采用的是分步驟設計的理念，對于單關節軌跡跟蹤控制器的設計優化需要針對速度環和位置環分別進行控制算法的研究，因此算法的效率得不到保證，從而影響控制的實時性；

3)另一方面，控制器設計中所使用的過程數據在經過導線傳輸時將會受到噪聲干擾或者傳感器噪聲，而目前存在的方法沒有針對噪聲干擾進行擾動抑制策略的研究，因此軌跡跟蹤控制性能有限。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于迭代反饋調整的工業機器人及其軌跡跟蹤控制方法，其目的在于，通過建立特殊的控制準則，對速度環和位置環同時進行控制器參數的設計，且利用迭代重復獲取數據的方式消除噪聲擾動的影響，同時實現無模型自適應控制，從而達到工業機器人的精確軌跡跟蹤控制、保證末端執行器能精準到達目標位置、滿足系統的軌跡跟蹤控制精度需求的目的。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了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