自適應控制在工業(yè)機器人中的應用

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1、自適應控制在工業(yè)機器人中的應用A深圳大學王■．江大學iiii甬祥丁2午2、【提要】采厴李雅普函數(shù)法，設(shè)計了一個信號綜合形式的模型參考自適應控制器(MRAc)．該控制器算法倚易于微機實?。闹谐隽瞬糠謱嶒灲Y(jié)果．關(guān)建訶機器人I自適應控制模型參考微機實現(xiàn)，一、弓畜機器人動力學方程是一個強耦合、高非線性的多變量的二階微分方程，是一個不易解決的復雜問題。由于載荷、摩擦等對機器人參數(shù)的影響，其動力學模型往往是難以預知的，隨工況改變和環(huán)境變化而變化。常規(guī)的控制方法不能很好地解決系統(tǒng)特性參數(shù)有圖1較大范圍變化的不確定系統(tǒng)的控制問題。自適

2、應控制則根據(jù)不斷測得的系統(tǒng)狀態(tài)、性能或參數(shù)，比較當前若設(shè)參考模型的開環(huán)傳遞函數(shù)形式為。的運行指標與期望指標，改變控制器的結(jié)構(gòu)，參數(shù)或m()=(2)根據(jù)自適應的規(guī)律來改變控制作用，以保證系統(tǒng)運行在最優(yōu)或次優(yōu)狀態(tài)。．本文基于李雅醬諾夫函數(shù)法，以浙大液壓研究所研制的噴漆機器人關(guān)節(jié)為對象，設(shè)計出了一個簡單實用的信號綜合形式的模型參考自適芷控制器，并通過實驗驗證其有效性。：’一=、MRAC系統(tǒng)的設(shè)計圖1所示是我們的機器人關(guān)節(jié)電液位置伺服系統(tǒng)’原理圖。·、．?理論分析和計算機在線辨識表明，圖l所示的也則其單位反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)為。液位

3、置伺服系統(tǒng)可用二階傳遞函數(shù)來描述【l】；GS)=0(S)一旦!——，㈣麗．(1)月(S)?S+mS+BmU、U。r．f1∞，采用信號綜合法的MRAC系統(tǒng)原理圖見圖2所·本項目得到國家教委開放實驗室科學基金和國家示?！?、-七五重點科技攻關(guān)項目基金資脅．用其微分作用抵消系統(tǒng)中大慣性，然后按照典Ⅱ型數(shù)I12．5ms，f2=17．8ins；微分時間常數(shù)f3=系統(tǒng)方法設(shè)計。1．78ms，o=2Sms。'‘按上述方法設(shè)計后的系統(tǒng)，又以欠補償?shù)脑瓌t引三、實驗結(jié)果入位置的一階導數(shù)作為前饋信號，以提高實際系統(tǒng)在‘速度輸入和加速度輸入H的

4、控制精度。以茫雙管艦炮隨動系統(tǒng)為例，參數(shù)為：該系統(tǒng)配炮調(diào)試結(jié)果t靜誤差≤l密位，等速眼直流電動機t=7．5kW，AT．=3000r／面n，蹤誤差≤1密位，正弦信號跟蹤誤差≤2密位。圖5．r一=10AI機電時間常數(shù)Tx=250msI過載倍數(shù)=3是部分動態(tài)響曲線。脈寬調(diào)制放大器調(diào)制顛率～2000Hz~速度反饋系數(shù)a0．O03V／r／min?！！珔⒖嘉墨I～加速度d為J。／s。【l】王離九。電力拖動控制系統(tǒng)．華中理工大學出版根據(jù)式(7)算得，=0．035V／密位社．1991【2】王永初．最佳控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)，科學出版社．PID

5、調(diào)節(jié)器按典型Ⅱ型系統(tǒng)選擇參數(shù)，積分時間常1980‘電氣自動億1~,94年第5期·機器人技術(shù)·9其微分方程為則：“B2{擊(c0m+’_百m+Bmem}B，1矗月．(【1I)Ji~1對象的開環(huán)傳遞函數(shù)見式(1)。由圖2，可調(diào)系統(tǒng)的微分方程為t×圯·告c]}0，+，，~Bp(R—Op+)(5)[0i∑一一B]+2Bme；令廣義誤差e=0一0j,則由式(d)，式(5)得l-1’+m占+Bm=(Bm—B，)月+(，一A橢)6p+(B，一Bm)Op—Bpu(6)+z薈．1l{古c+c．c．岳]}若選擇自適應律為t“=于(尺．：0，

6、)+K2，一2Am2+2；薈·01柏+z薈l0t{擊’(則t●+c．-~TOa,)]}一-晝+；+Be=∑．i一1為使上式負定選擇。式中。9l=(R—e一B西一C·舌()-(11)Xl=(Bm—B，一B，K1)g

7、=a，))(貝IJI=一2(i)2C．∑()。<0(12)XI=(，一m—B，I)i·1式由．C．0選擇李雅普諾夫函數(shù)為·更fJ由式(9)得自適應律為。K1Bt"i(R)I+e’+薈擊(c面)I>0-0，)dt+Cti(R一0，)+Kt(0)-v式中，>0，且>0(10)KIBI+C：，+Kl(0)(13)J●

8、式中t西，C．≥0(‘=1，2)由此，按上述原理構(gòu)成的MRAC原理框圖如圖§所示。將式(13)以采樣時間離散化得。Pt(k)=()I-R(k)一0，)]Sl(k)=Sl(k—1)+BlTPl()Kl(k)=Sl(k)+ClPt(k)PI(k)=(k)t，(k)SI(Ic)=S0(k一1)-t-BIT，PI(I‘)KI(k)=SI(k)+CI(k)(1丑，上式審；(k)，，(k)為微分項，直接數(shù)字微分會弓f入干擾噪聲，為此采用不完全微分法計算，即0m(k)；qaOm(k—1)+qI[(0m(k)一0(Ic—1)3／T，(1

9、S)0，(Ic)=口le，(1c—1)4-口lL(e，CIc)，一0，(—J)lIT．(16)l(k)=0(k)一0，(k)(17)式中l(wèi)qhqI為常數(shù)，且qt+口l；1三，實驗裝置躅3為驗證控制效果，本文以浙大液壓研l(wèi)o·機器人技術(shù)·‘電氣自動億1994年第5期．實驗衷睨，本文介紹的MRAC控制器能顯著提高機器人備