羅良玉外文翻譯已改

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1、使用冗余機(jī)器人的人工有限驅(qū)動(dòng)控制ANATOLELOKSHINJPL,Pasadena,California,U.S.A.andSUKHANLEEUSC,LosAngeles,California,U.S.A.(Received:3May1989)譯者：羅良玉摘要：本文介紹了一種新的機(jī)械操縱控制方法，它允許使用外部的精確線性化技術(shù)（EEL）的情況下，當(dāng)然執(zhí)行器的局限性也不容忽視。通過(guò)引入額外自由度的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，該方法允許致動(dòng)器在初始總預(yù)置運(yùn)動(dòng)是在飽和模式下工作的，然后自動(dòng)切換到精細(xì)定位高增益線性模式（定位）的跟蹤它的誤差小。該技

2、術(shù)是一個(gè)更有效的使用致動(dòng)器的方法，從而可以使工業(yè)上更小和更輕的電機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性沒(méi)有明顯的損失。關(guān)鍵詞：控制理論、機(jī)械臂、精確的外部線性化技術(shù)、致動(dòng)器。1簡(jiǎn)介控制理論的最新發(fā)展已使人們清楚了解人工冗余的系統(tǒng)冗余的重要性。最廣為人知的例子是冗余的結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的操縱使用。通過(guò)利用系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)障礙或回避。此外可以應(yīng)用一種具有非線性系統(tǒng)的人工冗余概念控制。通過(guò)引入本地反饋，一些'內(nèi)部'的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)成為隱形為其輸入-輸出映射在一些制度中的操作，使成為其他的關(guān)鍵。在本文中，我們演示如何將這種方式使用的人工冗余用于硬限制為可

3、用驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的控制。眾所周知，即選用合適的非線性反饋法可以使一個(gè)機(jī)器人手臂的行為，為一組解耦的雙集成的輸入輸出檢測(cè)。有幾種技術(shù)可以允許這樣的轉(zhuǎn)變。EEL的機(jī)械操縱一個(gè)很好的討論，請(qǐng)參閱[10]家專賣店[5]通常在所有這些方法，執(zhí)行器的限制，避免通過(guò)選擇合適的軌跡，更小的載荷等，飽和執(zhí)行器被視為一種必要的惡，希望它是偶然的，的實(shí)際信號(hào)所需的都不是很不同的。這樣的假設(shè)的提出嚴(yán)格限制了，對(duì)操作臂的性能，因?yàn)樗且粋€(gè)顯著的實(shí)用優(yōu)點(diǎn)操作致動(dòng)器在其最大的水平盡可能長(zhǎng)的[6]。[14]時(shí)間最優(yōu)操縱器要求至少一個(gè)關(guān)節(jié)在任何一個(gè)時(shí)間是飽和的。作為

4、一個(gè)較為平淡的例子，通常需要良好的伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的限制，在最初的總的定位模式，同時(shí)提供了高精確的線性性能在一個(gè)小的錯(cuò)誤的最終定位或跟蹤模式。圖1顯示了一個(gè)階躍函數(shù)輸入一的雙積分廠與PD控制器執(zhí)行器的反應(yīng)清楚地說(shuō)明了執(zhí)行器效率的重要性飽和的議案。人們可以看到，致動(dòng)器的動(dòng)態(tài)范圍的90％的過(guò)程中使用的第一個(gè)5％的系統(tǒng)的瞬態(tài)。因此，大部分的時(shí)間致動(dòng)器的嚴(yán)重的未充分利用。過(guò)程中的初始運(yùn)動(dòng)階段時(shí)，誤差大，飽和執(zhí)行器，但是如果不引起任何明顯的損失，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，更小的電機(jī)，這將導(dǎo)致一個(gè)更有效的操作。時(shí)間圖1。PD控制：轉(zhuǎn)矩這是眾所周知的，系統(tǒng)

5、的性能在飽和時(shí)大多周圍的非線性連結(jié)[3]由對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)定義。在一個(gè)傳統(tǒng)的單回路系統(tǒng)中，這作為返回配給開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的線性系統(tǒng)的功能是相同的。輸出關(guān)系在一個(gè)線性模式的誤差和非線性操作錯(cuò)誤是大是小，取決于相同的傳遞函數(shù)。因此，該系統(tǒng)的輸入這種缺乏自由地塑造了系統(tǒng)的響應(yīng)程度嚴(yán)重限制的線性控制器，允許即使偶爾有一些執(zhí)行器飽和度[12]。一個(gè)額外的反饋回路的非線性元件的周圍引入一個(gè)額外的插入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的自由度，并允許一個(gè)去耦的線性和非線性的輸入-輸出關(guān)系[8]。但是，在硬限制致動(dòng)器的情況下，嵌入到結(jié)構(gòu)本身非線性，因此，一個(gè)單獨(dú)的反饋回路不

6、能提供周圍的非線性。在本文余下部分，我們描述了一種新方法，它允許操縱容忍顯著的飽和度，其線性的動(dòng)力性能沒(méi)有損失。[10][11，12]該方法的基礎(chǔ)上描述和以前報(bào)告的非線性動(dòng)態(tài)補(bǔ)償一樣的。第2節(jié)中我們SISOLTI系統(tǒng)，這種控制器特別是為發(fā)展的一種雙積分系統(tǒng)集成機(jī)構(gòu)，盡可能精確外部線性化，由于是機(jī)器人控制特別感興趣的案例。第3節(jié)中方法被擴(kuò)大'修改計(jì)算扭矩技術(shù)開(kāi)發(fā)的作者通過(guò)MIMO非線性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的情況。節(jié)4介紹了與致動(dòng)器限制的平面兩臂計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果。附錄載有一些正式的證據(jù)。2.SISO系統(tǒng)具有飽和性通常要求對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如

7、快速響應(yīng)和深反饋循環(huán)，該循環(huán)周圍通常受到的嚴(yán)重制約因素的實(shí)際考慮系統(tǒng)應(yīng)允許偶爾執(zhí)行器（放大器等），飽和度。通常快速、高增益系統(tǒng)變得不穩(wěn)定下飽和度[4]的轉(zhuǎn)儲(chǔ)的系統(tǒng)變得過(guò)于緩慢。事實(shí)上，讓其中一個(gè)具有由PID控制器控制的雙集成處理器。由于裝置本身的強(qiáng)積分行動(dòng)，PD控制器就足夠了。讓它應(yīng)要求提供轉(zhuǎn)儲(chǔ)的系統(tǒng)瞬態(tài)無(wú)超調(diào)，通常是機(jī)械手的議案的理由。PD控制器的拉普拉斯表達(dá)式是（1)一個(gè)集成結(jié)構(gòu)雙系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為(s)：/s2,(2)然后獲得K定義所需的交叉頻率協(xié)調(diào)，通常是從噪聲和高頻協(xié)調(diào)的模式的注意事項(xiàng)[7]中選擇。提供一個(gè)閉環(huán)響應(yīng)無(wú)

8、超調(diào)，ωc的選擇，如6dB/倍頻程斜率（S）Bode圖的的交叉0分貝的軸在大會(huì)前至少二十年。因此：(3)讓?duì)豤=30，然后一個(gè)合理的控制器選擇是C（s）=30（s+0.1）。的系統(tǒng)，包括一個(gè)飽和元件，可以通過(guò)以下來(lái)表示的流程圖，圖圖2。具有飽和的線性系統(tǒng)。圖2。