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码垛机器人研究中基于状态反馈的考虑摩擦补偿的模糊变结构滑模控制

时间：2017-07-27 来源：机器人在线阅读：9070 原创

4.3基于状态反馈的考虑摩擦补偿的模糊变结构滑模控制

码垛机器人的高速重载工况导致机器人关节的速度以及惯量很大，关节柔性的影响不容忽略，所以码垛机器人系统具有高度的非线性、时变性和不确定性。为了实现机器人系统的快速响应并尽量减小其超调，传统的PD前馈+计算力矩法方法不可行。此外，码垛机器人的应用中不便于在末端添加位移传感器，只能添加加速度传感器，而加速度传感器一方面带宽较低，另一方面由加速度信号积分得到位移信息较为复杂且精度较低，无法适应对控制系统快速响应的要求，这也限制了很多需要实时反馈的控制算法在码垛机器人上的应用。

因此，考虑对电机轴端的输出信号进行观测，通过刚柔祸合动力学模型估计杆件实际转动角度，将估计值与输入值的差值作为偏差信号，设计模糊变结构滑模控制器，以减小模型建立误差对控制效果的影响，最终加入摩擦补偿对机器人系统进行控制。

4.3.1状态反馈估计末端位置

双平行四边形码垛机器人是典型的多输入多输出系统，为提高系统性能，常应用状态反馈和输出反馈这两个基本概念。一般来说，码垛机器人的输出，即末端的姿态是不可测的，所以通常使用状态反馈的方式进行控制。

4.3.2滑模变结构控制器的设计

工业中常用的机器人控制方法如计算力矩法、PID控制等对于机器人动力学模型的准确性要求很高，这些方法在高速重载码垛机器人上应用的效果不佳。滑模变结构控制系统是一种特殊形式的变结构系统，它对于系统参数的时变规律、非线性程度以及外界干扰等不需要精确的数学模型，即可实现对系统较好的控制。此外，一般的控制系统的性能过于依赖控制量的切换速度，而滑模变结构控制系统对于控制量的切换依赖于超平面，即切换平面的选择，这使得滑模变结构控制系统具有较快的响应速度和较好的鲁棒性。

设计码垛机器人的滑模变结构控制系统的原理框图如图4-3所示。