機(jī)械手控制2-機(jī)器人控制技術(shù)基礎(chǔ)-課件

1、機(jī)械手的控制(滑?？刂?Control of Robotic Manipulator3.1 機(jī)械人系統(tǒng)的構(gòu)成3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.3 PID控制3.4 機(jī)械手的位置控制3.5 機(jī)械手的力控制3.6 其他控制方式簡(jiǎn)介變結(jié)構(gòu)控制及其在機(jī)器人中的應(yīng)用自適應(yīng)控制及其在機(jī)器人中的應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其在機(jī)器人中的應(yīng)用模糊控制理論及其在機(jī)器人中的應(yīng)用一、變結(jié)構(gòu)控制及其在機(jī)器人中的應(yīng)用變結(jié)構(gòu)控制概述 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法機(jī)器人控制應(yīng)用示例1-1 變結(jié)構(gòu)控制概述20世紀(jì)50年代，由前蘇聯(lián)科學(xué)家提出；70年代中期，歐美學(xué)者開始研究；80年代中期，我國(guó)學(xué)者開始研究。已經(jīng)形成理論體系，成為自動(dòng)控制的一種常

2、見的設(shè)計(jì)方法?？梢杂糜趶V泛的控制對(duì)象：線性與非線性、連續(xù)與離散、確定與不確定性系統(tǒng)、集中與分布參數(shù)系統(tǒng)、同步與時(shí)滯系統(tǒng)、集中控制與分散控制。適用的控制任務(wù)包括：鎮(zhèn)定、運(yùn)動(dòng)跟蹤、模型跟蹤等。可以用于廣泛的工程系統(tǒng)。該方法的特點(diǎn)：比較簡(jiǎn)單、容易理解。1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(1)變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：如果存在一個(gè)（或幾個(gè)）切換函數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)達(dá)到切換函數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地從一個(gè)結(jié)構(gòu)（模型）切換到另一個(gè)確定的結(jié)構(gòu)（模型）。1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(2)考慮一個(gè)線性定常二階系統(tǒng)：其中 是系統(tǒng)狀態(tài)變量；是系統(tǒng)控制變量。設(shè)計(jì)控制輸入為這是一種變結(jié)構(gòu)控制方式，其中 稱為切換函數(shù)。1-2 變結(jié)構(gòu)控制

3、的基本理論和方法(3)把相平面分為兩個(gè)區(qū)：在 I 及 II 中，系統(tǒng)都是線性的，其微分方程為：下面，我們利用相平面方法研究這個(gè)系統(tǒng)的特性。根與相軌跡j0j0j0節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定焦點(diǎn)中心不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)不穩(wěn)定焦點(diǎn)鞍點(diǎn) 1j0 2j021j0121-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(4)先研究 I, 系統(tǒng)方程的原點(diǎn)是不穩(wěn)定焦點(diǎn)，特征根為：再研究 II, 系統(tǒng)方程的原點(diǎn)是鞍點(diǎn)，特征根為：在切換線上：微分方程的解為：滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)指數(shù)穩(wěn)定，沿 =0 趨向原點(diǎn)。1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(5)考慮一個(gè)非線性控制系統(tǒng)：設(shè)計(jì)切換函數(shù)向量設(shè)計(jì)變結(jié)構(gòu)控制輸入滿足到達(dá)條件（吸引條件）：切換面S以外的相軌線將于有限時(shí)間到達(dá)切換面

4、。切換面是滑動(dòng)模態(tài)區(qū)，滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)漸近穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)品質(zhì)良好。變結(jié)構(gòu)控制的基本設(shè)計(jì)步驟和條件：1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(6)1. 到達(dá)條件可以簡(jiǎn)單的表示為：對(duì)于滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，有展開第二式2. 等效控制從這個(gè)式子中可以解出 ，記為 稱之為滑動(dòng)模態(tài)的等效控制。1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(7)簡(jiǎn)單明了地，變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計(jì)可以表示為以下兩步：求切換函數(shù)，保證滑動(dòng)模態(tài)穩(wěn)定；求變結(jié)構(gòu)控制，滿足到達(dá)條件。幾個(gè)常用名詞：變結(jié)構(gòu)控制 (Variable structure control)滑動(dòng)模態(tài) (Sliding mode)準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài) (Pseudo sliding mode )切換函數(shù) (Switch

5、ing function)切換超面 (Switching hyper-surface)趨近率 (Approaching law)1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(8)切換函數(shù)的選擇線性切換函數(shù)：特殊二次型：非線性：變結(jié)構(gòu)控制的選擇常值繼電器型：非線性值繼電器型：以等效控制為基礎(chǔ)的形式：自由形式：確保 成立1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(9)趨近率的選擇等速趨近率：指數(shù)趨近率：冪次趨近率：一般趨近率：考察 1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(10)變結(jié)構(gòu)控制運(yùn)動(dòng)的三個(gè)階段趨近運(yùn)動(dòng)：滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)：穩(wěn)態(tài)誤差：1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(11)變結(jié)構(gòu)控制的優(yōu)點(diǎn)不變性 (Invariance)

6、魯棒性 (Robustness)變結(jié)構(gòu)控制的缺點(diǎn)抖振 (Chattering)要求全部狀態(tài)可測(cè)抖振的克服1-2 變結(jié)構(gòu)控制的基本理論和方法(12) 6-DOF工業(yè)機(jī)器人1-3 機(jī)械手末端的跟蹤控制 (1)MOTOMAN-UP200 機(jī)構(gòu)本體電機(jī)傳感器電源計(jì)算機(jī)功放驅(qū)動(dòng)人機(jī)接口1-3 機(jī)械手末端的跟蹤控制 (2)1-3 機(jī)械手末端的跟蹤控制 (3)機(jī)械手變結(jié)構(gòu)控制器放大與驅(qū)動(dòng)傳感器機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程：設(shè)給定運(yùn)動(dòng)為：跟蹤誤差：1-3 機(jī)械手末端的跟蹤控制 (4)采用分散滑動(dòng)模態(tài)控制，取切換函數(shù)為1-3 機(jī)械手末端的跟蹤控制 (5)將機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程改寫為系統(tǒng)全部進(jìn)入滑動(dòng)模態(tài)后，將形成 n 個(gè)獨(dú)立的一階滑動(dòng)模態(tài)：分散滑動(dòng)模態(tài)的含義是每個(gè)切換面 上的滑動(dòng)模態(tài) 都是獨(dú)立的