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1、第8期機械設計與制造2010年8月MachineryDesign&Manufacture169文章編號：1001—3997(2010)08—0169—02基于反演的機器人滑模變結構控制研究術薛小峰1高陽1田志祥2(中國船舶重工集團723研究所，揚州225001)(。南京航空航天大學機電學院，南京210016)ResearchonsidingmodevariablestructurecontroIforrobotsbasedonbacksteppinqXUEXiao-fengI,GAOYangI,TIANZhi-x
2、iang(723Institute，ChinaShipbuildingIndustryCorporation，Yangzhou225001，China)(CollegeofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)【摘要】基于滑模變結構控制理論，針對地面機器人這類非線性強耦合系統，提出了一種反演滑模55變結構控制方法。該方法將復雜的非線性系統分解成不超過系統階數的子系統，然后為每一
3、個子系統設9計李雅普洛夫函數和中間虛擬控制量，一直回推到整個系統，直到完成整個控制律的設計。最后利用所提出的方法設計了平面二自由度機器人的控制系統并進行了仿真，仿真結果表明該控制方法的有效性。關鍵詞：滑模變結構控制；機器人；反演【Abstract】Basedontheslidingmodevariablestructurecontroltheory，abacksteppingslidingmodevariablestructurecontrolalgorithmisproposedforaterrestrialr
4、obotsystemwhichisanonlinearandstrongcouplingsystem．Theproposedalgorithmdecomposethecomplexnonlinearsystemintothesubsys-temsthatnotexceedtheorderofthesystem，andthendesignedtheLyapunovfunctionsandvirtualcontrolsignalforeachsubsystemwhichbacksteppingtotheentires
5、ubsystemuntilthecontrollawisfinished．Thecontrolsystemisdesignedandsimulatedbyproposedalgorithmfor2degreesoffreedomhorizontalrobot，andthesimulationresultsshowthattheproposedalgorithmisveryefficient．9Kevwords：Slidingmodevariablestructurecontrol；Robot；Backsteppi
6、ng●‘：>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●‘：>●：>●<>●<>●<>●<>●<>●<>·>●<：>●<：>●<：>●<>●<>●<>●<>●<>●<：>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<：>●<：>●<：>●<：>●中圖分類號：TH113，TP13文獻標識碼：A為矩陣形式的動力學方程如下：lI爵M(q)q+C(q，4)q+G(q)-T(2)滑模變結構控制出現于20世紀50年代，經歷了50余年的式中：(q)一廣義慣性力矩陣；C(g，口)—哥氏力和離心力項；G發(fā)展，已形成了一個相對
7、獨立的研究分支，成為控制系統的一種設計方法Ⅲ。其本質是一類特殊的非線性控制，其非線性表現為控(q)一重力或廣義彈性力。制的不連續(xù)性。這種控制策略與其它的控制方法的不同之處在于考慮平面二自由度機器人，其結構，如圖1所示。系統的結構并不是固定不變的，而是可以在動態(tài)過程中，根據系統當前的運動狀態(tài)不斷的變化，迫使系統按照期望的狀態(tài)軌跡運動，所以常稱之為滑動模態(tài)控制。這種控制方法通過控制量的切換使系統狀態(tài)沿著滑模面運動，此時系統對于參數攝動和外部干擾具有不，變陛，正是這種特性使得滑模變結構控制方法受到各國學者的重視。本文基
8、于滑模變結構控制理論，結合反演控制方法，研究了地面機器人控制算法。2拉格朗日方程的機器人動力學方程X由拉格朗日方程可以得到描述N自由度的機械系統的動力圖】平面二自由度機器人學方程：圖中：q一連桿1與水平面的夾角；g一連桿2與連桿1的里df1一：(1)夾角；、，J：一連桿長；R、R：一連桿的質心距。連桿1和連桿2的t＼田／Oq質量分別為m和m。關節(jié)1和關節(jié)2為驅動關節(jié)。由式
