神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制在并聯(lián)機(jī)器人中的應(yīng)用
王磊,高國琴,蔡紀(jì)鶴
(江蘇大學(xué),江蘇鎮(zhèn)江212013)
摘要:首先用滑模控制策略對被控對象進(jìn)行控制仿真,在分析結(jié)果后,結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制方法,充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制的學(xué)習(xí)能力強(qiáng),自適應(yīng)辨識能力強(qiáng),可以無窮逼近任意函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。仿真結(jié)果表明,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制方法的跟蹤效果好,系統(tǒng)誤差小,可以滿足機(jī)器人控制的要求,能夠解決機(jī)器人的軌跡跟蹤問題,仿真實(shí)驗證實(shí)了該控制策略的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞:并聯(lián)機(jī)器人;滑模控制;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);仿真;控制策略
中圖分類號:TP273+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1004—7018(2008)08—0032—04
0引言
并聯(lián)機(jī)器人具有高精度、剛度大、承載力強(qiáng)、運(yùn)動慣量小、位置誤差不積累等特點(diǎn),與串聯(lián)機(jī)器人呈互補(bǔ)關(guān)系,成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
本文力圖研究一種控制策略,來滿足并聯(lián)機(jī)構(gòu)的高速度、高精度的控制要求。并聯(lián)機(jī)器人本身是一個高度非線性系統(tǒng),運(yùn)動過程中存在著很大的干擾因素,常規(guī)的控制策略已經(jīng)很難滿足控制要求。變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)在機(jī)器人、航空航天和工業(yè)領(lǐng)域中有著大量的應(yīng)用研究,因為機(jī)器人動力學(xué)一般是非線性動力學(xué),同時存在多種不可預(yù)見的外部干擾,所以機(jī)器人控制是近年來變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)理論的主要應(yīng)用環(huán)境之一。但是抖振問題一直是變結(jié)構(gòu)控制的熱點(diǎn),消除抖振的方法有很多,本文先用趨近率方法對支路進(jìn)行仿真,然后用滑模控制等效控制對系統(tǒng)仿真,由于滑模控制的抖振大小主要是由其控制器的切換增益決定的,最后提出的一種新型的解決抖振控制方法,采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對切換項的增益進(jìn)行調(diào)節(jié),從而從根本上降低了滑模控制的抖振。
1支路模型
本文研究的并聯(lián)機(jī)器人是二自由度驅(qū)動冗余并聯(lián)機(jī)器人[6],其中有三個驅(qū)動部分,每個驅(qū)動側(cè)包括一個松下MINAs A系列Ac伺服電機(jī)和減速裝置。上位機(jī)通過固高控制卡GT-400-sV來控制三個電機(jī),這種機(jī)構(gòu)的驅(qū)動元減少,結(jié)構(gòu)緊湊,具有廣泛的實(shí)用價值和研究價值,在工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。如圖1所示。
2交流伺服驅(qū)動支路模型
本文中的控制電機(jī)是松下交流伺服電機(jī),根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)[7,8]可知,電流控制的三相星型連接的無刷交流伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩可以表示為:
式中Kpre為電流信號前置放大系數(shù)88,Ki為電流環(huán)反饋系數(shù)2.2,KA為電流調(diào)節(jié)器放大系數(shù)6,Lp、Rp三相繞組的電感和電阻,分別為9.9 mH、3 7Ω,Id分別為三相繞組的電流,Kr為速度反饋系數(shù),i為減速比為0.025,Ktp為轉(zhuǎn)矩常數(shù)為0.67 N·m/A。并且有:
另外,與直流電機(jī)負(fù)載軸的分析類似,在不考慮等效干擾的條件下驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程為:
聯(lián)合式(1)、式(3),可以得到忽略等效干擾力矩條件下的傳遞函數(shù):
代人數(shù)據(jù),得到的傳遞函數(shù)然后轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間方程[1-2]為:
3控制器設(shè)計
3.l滑模變結(jié)構(gòu)控制思路[4]
滑模變結(jié)構(gòu)(Vss)控制是一種有效的控制方法,一般可得到不連續(xù)的控制律。VSS的主要優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)降階、解耦設(shè)計、抗干擾、對參數(shù)變化不敏感的強(qiáng)魯棒性,以及容易采用動力器件實(shí)施。然而設(shè)計Vss的兩個主困難是確定驅(qū)使系統(tǒng)滑向滑模的控制,以及減小處于滑動態(tài)時的圍繞切換面的抖振問題。用由不確定性的界限計算出來的固定控制增益,如果增益ε太小,則趨近速度很小;相反,若s較大,則到達(dá)滑模時引起的抖振較大。定義如下指數(shù)趨近律:
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