[發明專利]一種考慮系統延遲的不確定工業機器人運動控制方法

在審

• 申請號: 202010645703.5
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111679644A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 李波;李宇飛;田威;廖文和;張霖;胡俊山;崔光裕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 陳月菊

本發明公開了一種考慮系統延遲的不確定工業機器人運動控制方法，首先建立工業機器人機電耦合非線性動力學模型，再利用反饋線性化技術使工業機器人非線性動力學方程線性化，構建動態遞歸神經網絡估計并補償系統的不確定性，最后提出改進的Smith預測控制方法消除系統延遲的影響。本發明對于系統延遲和不確定性參數具有較好魯棒性，極大地提高了工業機器人的控制精度。

技術領域

本發明涉及機器人伺服控制技術領域，具體而言涉及一種考慮系統延遲的不確定工業機器人運動控制方法。

背景技術

隨著航空航天、船舶制造等高端制造領域對高精度、高效率、高柔性化裝備的迫切需求，以工業機器人為載體的制造裝備得到日益廣泛的使用。然而，現有機器人裝備僅在碼垛、焊接等低精度領域，或制孔、鉚接等僅要求較高定位精度的領域得到使用，對于高精度銑削、磨削、復合材料鋪絲鋪帶等對軌跡精度要求較高的領域仍未得到普及。其原因在于現有工業機器人的控制方法通常依賴運動學或名義動力學模型，對于關節軸摩擦、末端負載等不確定因素以及電機驅動延遲、測量信號傳輸與反饋處理延遲等系統延遲未加以考慮，導致機器人在變負載加工過程中無法保持其軌跡的跟蹤精度和穩定性。因此，需要對機器人施加考慮不確定性和延遲特性的動力學控制方法。

公布號CN108942924A專利中提出了一種基于多層神經網絡的不確定性機器人控制方法，采用多層神經網絡對不確定項進行自適應逼近，并進行了控制器的仿真，得到了較好的跟蹤性能。但是現有文獻存在以下兩個不足：(1)忽略了伺服電機的動力學模型；(2)忽略了信號處理與傳輸等系統延遲。實際控制過程中的未考慮機電耦合的動力學模型和系統延遲將會影響控制精度，因此，需要在考慮機器人動力學不確定性的基礎上進一步研究消除系統延遲影響的控制方法。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種考慮系統延遲的不確定工業機器人運動控制方法，首先建立工業機器人機電耦合非線性動力學模型，利用反饋線性化技術使工業機器人非線性動力學方程線性化，構建動態遞歸神經網絡估計并補償系統的不確定性，提出改進的Smith預測控制方法消除系統延遲的影響，得到了對于系統延遲和不確定性參數具有較好魯棒性的高精度工業機器人控制方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種考慮系統延遲的不確定工業機器人運動控制方法，所述控制方法包括：

S1，根據電磁學原理和磁場定向控制理論建立三相交流伺服電機的動力學模型，將d軸電流與q軸電流解耦，簡化為直流電機模型進行控制；

S2，建立考慮不確定性的工業機器人機電耦合動力學控制模型，將模型改寫為狀態空間形式，并設計控制律將不確定因素的估計值在控制過程中抵消；

S3，將三相交流伺服電機的動力學模型和其中的不確定項用動態遞歸神經網絡表示，并設計權值調節律和補償控制律使神經網絡對不確定因素的估計保持穩定；

S4，將神經網絡對不確定項的估計值帶入工業機器人機電耦合動力學控制模型，并添加系統延遲，采用反饋線性化方法獲得線性化的工業機器人控制模型；

S5，對改進的Smith預測器設計控制律使其提前預測工業機器人下一采樣時刻的狀態信號，并將預測器的輸出與動態遞歸神經網絡不確定項的估計值作為工業機器人機電耦合動力學控制模型的輸入，對機器人施加基于Smith預測器的動態遞歸神經網絡預測控制方法。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

進一步地，步驟S1中，所述根據電磁學原理和磁場定向控制理論建立三相交流伺服電機的動力學模型，將d軸電流與q軸電流解耦，簡化為直流電機模型進行控制的過程包括以下步驟：

S11，根據三相交流伺服電機物理模型，建立三相交流伺服電機在兩相旋轉同步參考坐標系下的定子電壓方程：