基于自抗扰的全方位移动机械臂的位置/力控制研究

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目前移动机械臂在工业制造中扮演着越来越重要的角色,开展移动机械臂的位置/力控制研究具有重要的现实意义。然而在实际应用中移动机械臂的位置/力控制受到很多因素的影响,比如,模型参数不精确、外力扰动以及外界环境不确定等因素。实现移动机械臂的位置/力的精确控制成为行业内的研究难点。本文以全方位移动机械臂为研究对象,开展了移动机械臂的位置/力的控制研究。首先,分析全方位移动机械臂系统的运动学、动力学关系。利用D-H表示法对其进行运动学分析得到了各关节的位置变量与末端操作空间的位置变量之间的关系;利用拉格朗日方程法对其进行动力学分析,建立了一体化动力学模型。其次,针对全方位移动机械臂的位置/力控制中存在的模型参数不精确、关节之间存在摩擦及外部干扰等问题,提出一种基于无源性理论的自抗扰算法。该控制算法包括无源性控制器和改进线性扩张状态观测器两部分。无源性控制器利用全方位移动机械臂的无源特性,从能量的角度出发设计无源性控制器保证了系统的稳定性。从积分饱和与调节速度两个方面对传统线性扩张状态观测器做出改进并利用改进的观测器实时估计系统的全部扰动,然后利用控制输入信号对扰动做出相应的补偿。之后,通过仿真证明了提出的算法在扰动存在的情况下可以实现位置/力的精确控制。最后,针对全方位移动机械臂的位置/力控制中外界工作环境不确定的问题,提出一种基于阻抗参数自适应算法的自抗扰控制算法。首先定义控制系统的性能函数,根据性能函数并结合改进过程方法设计阻抗参数自适应算法,使阻抗参数能够根据外界环境进行调节以解决外界工作环境不确定的问题;然后依据阻抗模型设计了冗余情况下在关节空间的参数自适应阻抗控制器,同时在控制器中对改进的观测器估计的扰动做出补偿。最终利用仿真验证了所设计的方法在外界环境不确定情况下能够实现全方位移动机械臂的位置/力的精确控制。
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