一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法技术

本发明专利技术提供了一种具有自适应能力的实现较高工业机器人轨迹跟踪品质的控制方法，非光滑控制与自适应控制结合，系统设计了自适应非光滑轨迹跟踪控制控制器结构，将非光滑与自适应控制部分有机结合，以提高工业机器人轨迹跟踪控制品质。该方法对参数不确定性具有在线自适应能力，同时对外部扰动等模型不确定部分具有更强的抑制能力。

An adaptive non-smooth trajectory tracking control method for industrial robots

The invention provides a control method with self-adaptive ability to achieve high trajectory tracking quality of industrial robots. The non-smooth control combines with self-adaptive control. A self-adaptive non-smooth trajectory tracking control controller structure is designed and the non-smooth and self-adaptive control parts are organically combined to improve industrial robots. Trajectory tracking control quality. The method has online adaptive ability for parameter uncertainty and stronger restraint ability for model uncertainties such as external disturbances.

【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法
本专利技术涉及机器人控制
，具体涉及一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法。
技术介绍
由于工业机器人的参数不确定性及外部扰动会使得其轨迹跟踪误差的收敛速度变慢，同时导致收敛误差增大。因此，要实现工业机器人高品质的轨迹跟踪控制需要控制器对参数不确定性产生的影响进行在线补偿，同时控制器应该具有对外部扰动的自适应补偿及较强的抑止能力。目前在工业机器人的高品质轨迹跟踪控制方面主要有以下几种方法：一是利用传统的自适应控制方法设计控制器，但是该类方法可以消除参数不确定性的影响，但在轨迹跟踪误差收敛速度及外部扰动的抑止方面性能有限；二是利用滑模变结构控制方法设计滑模控制器，这类方法可以使得系统状态在滑模面上对参数摄动和外干扰时具有不变性，且具有无需系统在线辨识参数、物理实现简单等优点。但在实际应用中存在抖振问题，因此工程应用方面存在较大困难。三是传统非光滑控制，由于非光滑控制器中带有分数幂项，使得闭环控制系统相比光滑闭环控制系统，具有更好的鲁棒性能、动态性能和抗扰动性能，但系统存在参数不确定性及外部扰动影响时，其性能会出现恶化。因此，设计一种具有自适应能力的工业机器人非光滑轨迹跟踪控制方法，在工业机器人及高端制造装备领域中的应用实属必要。
技术实现思路
为了解决上述问题本专利技术提供了一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法，控制器在每个控制周期完成如下步骤：S1：由工业机器人的轨迹规划单元获取期望的轨迹信息，从工业机器人本体上的传感器获取当前各个关节的位置、速度及加速度信息，按下式计算得到e1、e2、zφ(e1)＝-K1Sig(e1)αz＝e2-φ(e1)其中q表示关节位置，表示关节速度，qd表示期望的轨迹的关节位置，表示期望的轨迹的关节速度，K1为正定对角矩阵；其中运算符号Sig(·)α定义为：Sig(ξ)α＝[|ξ1|αsign(ξ1)…|ξn|αsign(ξn)]T，其中：ξ＝[ξ1…ξn]T，sign(·)为符号函数：α为控制参数，0＜α＜1S2：根据工业机器人系统的预设名义参数，由计算得到控制器的非光滑控制部分,其中表示φ(e1)的导数；其中Mo(q)为标称参数下的惯性矩阵、为哥氏力和向心力矩阵、Go(q)为重力矢量，为期望的轨迹的关节加速度，K2为正定对角矩阵；S3：根据与步骤S1的结果，其中：dσ表示时间的微分，t为当前时间，表示向量的第i个元素，得到参数不确定部分的估计值其中：为向量的投影算子，定义为：其中的分别为第i个待估计参数的上限和下限值，Φ为动力学模型的回归矩阵，该矩阵通过建模获取；S4：再将回归矩阵Φ与参数不确定部分的估计值相乘，得到自适应补偿控制部分，即S5：将S2和S4得到的控制部分相加得到最终控制输出给工业机器人的力矩执行器即其中完成一个控制周期。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术吸收了非光滑控制与自适应控制方法的设计原理，针对工业机器人轨迹跟踪控制，设计了一种新的自适应非光滑控制方法。一方面在控制器中引入非光滑控制提高工业机器人跟踪轨迹的快速性及抗扰动能力，另一方面，通过在线自适应提高工业机器人轨迹跟踪控制的鲁棒性及控制精度，使得工业机器人具有较好的轨迹跟踪动态与静态品质，并且不存在控制输出不连续等问题。附图说明图1为实施例1示意图。具体实施方式实施例1图1为所设计控制器结构示意图。工业机器人动力学。考虑工业机器人参数存在偏差时，其动力学方程可以改写为：其中：分别是关节位置、速度和加速度矢量，其中：Φ为动力学模型的回归矩阵的简写；Mo(q)、Go(q)分别为标称参数下的惯性矩阵、哥氏力和向心力矩阵及重力矢量；Φpu代表参数失配所造成的模型偏差：pu为参数失配部分。记动力学方程可以进一步改写为：其中：为期望轨迹。本专利技术所设计的控制器可以分为非光滑控制部分和自适应控制部分。即控制器输出可以转化为：其中：控制器在每个控制周期完成如下步骤：S1：由工业机器人的轨迹规划单元获取期望的轨迹信息，从工业机器人本体上的传感器获取当前各个关节的位置、速度及加速度信息(其中速度和加速度信息可以由位置信息处理得到)，根据定义式φ(e1)＝-K1Sig(e1)α,z＝e2-φ(e1)计算得到e1、e2、z；φ(e1)＝-K1Sig(e1)α,z＝e2-φ(e1)，控制参数0＜α＜1；K1、K2、Γ为正定对角矩阵，即：K1＝diag[k11…k1n]，K2＝diag[k21…k2n]，Γ＝diag[γ1…γn]。符号Sig(·)α定义为：Sig(ξ)α＝[|ξ1|αsign(ξ1)…|ξn|αsign(ξn)]T。其中：ξ＝[ξ1…ξn]T，sign(·)为符号函数：S2：根据工业机器人系统的预设名义参数，由计算式计算得到控制器的非光滑控制部分；S3：根据与步骤S1的结果，更新得到参数不确定部分的估计值。其中：为向量的投影算子，定义为：分别为第i个待估计参数的上限和下限值。S4：结合当前状态及对参数不确定部分的估计结果得到自适应补偿控制部分，即S5：将S2和S4得到的控制部分相加得到最终控制输出给工业机器人的力矩执行器，从而完成一个控制周期。以上实施例仅用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围，凡是依据本专利技术的技术实质对以下实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本专利技术技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法，其特征在于，控制器在每个控制周期完成如下步骤：S1：由工业机器人的轨迹规划单元获取期望的轨迹信息，从工业机器人本体上的传感器获取当前各个关节的位置、速度及加速度信息，按下式计算得到e1、e2、z

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法，其特征在于，控制器在每个控制周期完成如下步骤：S1：由工业机器人的轨迹规划单元获取期望的轨迹信息，从工业机器人本体上的传感器获取当前各个关节的位置、速度及加速度信息，按下式计算得到e1、e2、zφ(e1)＝-K1Sig(e1)αz＝e2-φ(e1)其中q表示关节位置角度，表示关节速度，qd表示期望的轨迹的关节位置，表示期望的轨迹的关节速度，K1为正定对角矩阵；其中运算符号Sig(·)α定义为：Sig(ξ)α＝[|ξ|1αsign(ξ1)…|ξn|αsign(ξn)]T，其中：ξ＝[ξ1…ξn]T，sign(·)为符号函数：α为控制参数，0＜α＜1S2：根据工业机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：何栋炜，高培，刘丽桑，廖律超，郑积仕，陈兴武，黄靖，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建,35