一种工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法技术

本发明专利技术涉及一种工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，其特征在于：鲁棒自适应PID控制器包括PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项，PID控制项与鲁棒控制项的输入均为机械手的位置与速度误差，自适应控制项的输入为机械手不确定动力学参数的估计值，PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项的输出经过累加器叠加，实现鲁棒自适应PID控制。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，其特征在于：鲁棒自适应PID控制器包括PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项，PID控制项与鲁棒控制项的输入均为机械手的位置与速度误差，自适应控制项的输入为机械手不确定动力学参数的估计值，PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项的输出经过累加器叠加，实现鲁棒自适应PID控制。【专利说明】一种工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法
本专利技术涉及一种工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法。
技术介绍
机械手在现代工业生产中能够降低生产成本，增强作业精度，提高生产效率，因此得到了越来越广泛的应用。然而，由于机械手系统自身具有强耦合性、高度非线性与时变性等特点，致使机械手的控制面临很大的困难。此外，机械手的作业环境中往往存在未知的外界扰动，而机械手自身动力学中也存在不确定因素，这将导致机械手系统在作业过程中出现不稳定的情况。目前在工业机械手控制中最为简单且行之有效的方法为线性PD控制，但实际工程中表明，采用线性ro控制往往会导致驱动机构有很大的初始力矩输出，鉴于实际的驱动机构不可能提供过大的初始力矩，且机械手本身所能承受的最大力矩也是有限的，这将使通过增大ro控制增益来进一步提高系统性能受到限制。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，能够有效提高工业机械手系统的控制精度与动态性能、增强系统鲁棒性。实现本专利技术目的技术方案:一种工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，其特征在于:鲁棒自适应PID控制器包括PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项，PID控制项与鲁棒控制项的输入均为机械手的位置与速度误差，自适应控制项的输入为机械手不确定动力学参数的估计值，PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项的输出经过累加器叠加，实现鲁棒自适应PID控制。机械手的位置与速度误差通过如下方法得到，测量装置测得机械手输出的位置、速度值，比较器将前述位置、速度值与期望输入的位置、速度值进行比较获得误差值。机械手不确定动力学参数的估计值通过如下方法得到，机械手的位置与速度误差输入自适应控制器，得到不确定动力学参数的估计率，再经过积分器得到不确定动力学参数的估计值。扰动信号上确界已知时的鲁棒自适应PID控制器具体通过如下方法设计，I)被控对象的数学描述:对于一个具有N个转动关节的机械手系统，其动力学可由以下二阶非线性微分方程描述:【权利要求】1.一种工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，其特征在于:鲁棒自适应PID控制器包括PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项，PID控制项与鲁棒控制项的输入均为机械手的位置与速度误差，自适应控制项的输入为机械手不确定动力学参数的估计值，PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项的输出经过累加器叠加，实现鲁棒自适应PID控制。2.根据权利要求1所述的工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，其特征在于:机械手的位置与速度误差通过如下方法得到， 测量装置测得机械手输出的位置、速度值，比较器将前述位置、速度值与期望输入的位置、速度值进行比较获得误差值。3.根据权利要求2所述的工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，其特征在于:机械手不确定动力学参数的估计值通过如下方法得到， 机械手的位置与速度误差输入自适应控制器，得到不确定动力学参数的估计率，再经过积分器得到不确定动力学参数的估计值。4.根据权利要求3所述的工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，其特征在于:扰动信号上确界已知时的鲁棒自适应PID控制器具体通过如下方法设计， 1)被控对象的数学描述: 对于一个具有N个转动关节的机械手系统，其动力学可由以下二阶非线性微分方程描述: M{ci)q + C(q, q)q + G{q) + u = t(I) 式(I)中， q e Rn—机械手关节角位移向量； M(q) e Rnxn——机械手的惯性矩阵； C(q,q)€R^—机械手的离心力和哥式力矩阵； G(q) e Rn——机械手的重力项； τ e Rn—机械手的外部控制力矩； u e Rn——机械手所受的各种外界扰动项； 2)被控对象的动力学特性: ①M(q)是正定对称矩阵； ②舫⑷-2C(0)为斜对称矩阵； ③存在一个依赖于机械手参数的参数向量，使得M(q)，C(f4)，G(q)满足如下线性关 系: M(q)a + C(q, φβ + G(q) = T(q, q, a, β)Ρ⑵ 式(2)中，已知关节变量函数回归矩阵，即为机械手广义坐标及其各阶导数的已知函数矩阵；P e Rm为描述机械手质量特性的未知定常参数向量； 3)扰动信号上确界已知时的机械手鲁棒自适应PID控制器设计: 针对式(I)描述的机械手系统，在扰动信号上确界已知时，鲁棒自适应PID控制器设计如下: 5.根据权利要求4所述的工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，其特征在于:针对式(I)描述的机械手系统，当扰动信号的上确界未知时，鲁棒自适应PID控制器设计如下: 【文档编号】B25J9/18GK103901776SQ201410136080【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日 【专利技术者】徐健, 乔磊, 汪慢, 周佳加, 张耕实 申请人:哈尔滨工程大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业机械手抗干扰鲁棒自适应PID控制方法，其特征在于：鲁棒自适应PID控制器包括PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项，PID控制项与鲁棒控制项的输入均为机械手的位置与速度误差，自适应控制项的输入为机械手不确定动力学参数的估计值，PID控制项、自适应控制项、鲁棒控制项的输出经过累加器叠加，实现鲁棒自适应PID控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐健，乔磊，汪慢，周佳加，张耕实，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23