試分析工業機器人的仿人智能控制要點

王海榮

摘 要 采用仿人智能控制工業機器人，能有效滿足機器人耦合、思辨和非線性的特征要求。仿人智能控制利用的是基于特征模型的多模態控制，可以根據系統的實際特征狀況來選擇相應的控制，從而讓各種狀態能夠實現最優，進一步在整體層面上讓系統的精確性、穩定性和快速性指標得到有效滿足。本文主要就對工業機器人的仿人智能控制要點進行了簡單的分析。

關鍵字 工業機器人 仿人智能控制 要點

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A

工業機器人系統的主要特點就是非線性、強耦合、時變以及多變量，如果采用傳統PID控制將不能在高精度和高速的要求下實現預期的效果。為了能夠讓工業機器人在實際運轉過程中精確性、穩定性以及快速性能得到有效提升，需要加強研究，找出一些更加智能和更加先進的控制算法。而仿人智能控制是基于特征模型的多模態控制策略，能有效兼顧和優化工業機器人精確性、穩定性以及快速性方面的性能指標。

1工業機器人仿人智能控制系統的分析

每個控制系統都需要在整體層面上兼顧其精確性、穩定性和快速性，但是在實際的狀態下，這幾方面的性能指標要求也會存在一定的差異。仿人智能控制就是根據系統當前的實際狀態來采取相應的控制率，最終實現控制的目的。實際的控制過程和人類知覺推理中的“認識、判斷、操作”過程比較相似，所以被稱為仿人智能控制。

在仿人智能控制的各個實際狀態下，因為是根據實際狀態下的性能要求指標來確定控制率，所以能有效實現各個實際狀態下的性能要求指標，最終從整體層面上來實現兼顧和優化控制系統的精確性、穩定性和快速性。在設計仿人智能控制器的過程中，為了能夠更好的體現出兼顧系統的精確性、穩定性和快速性，仿人智能控制器采用特征軌跡來作為控制系統的瞬態性能指標。

在仿人智能控制中，特征模型其實是對控制系統動態信息空間的一種劃分，而特征狀態就是劃分出來的每一個區域;特征模型其實就可以看成是全部特征狀態的集合。特征辨識則是對當前系統處在的特征狀態進行確認的過程。通過這些基本概念就可以清楚仿人智能控制的實際運行過程：首先需要劃分系統的動態信息空間，從而獲得系統特征模型，利用特征辨識來了解當前系統處在的實際狀態，然后根據實際的狀態來采取控制模態，最終實現基于特征模型的多模態控制。在工業機器人的控制應用仿人智能控制，就能得到工業機器人的仿人智能控制系統，系統的框架簡圖如下所示。

2工業機器人的仿人智能控制要點分析

（1）特征模型。根據工業機器人的實際特征，在誤差-誤差導數平面中劃分系統動態信息空間，從而獲得不同的特征狀態，進一步就能得到系統的特征模型。根據模型中的實際特征狀態，采用相應的控制模態來對仿人智能控制器進行設計。仿人智能控制的特征模型如下圖所示。

圖中區域1-7分別對應了特征模型中的不同特征狀態，而特征狀態2又詳細分成了幾種子狀態;是理想誤差時的特征軌跡，也就是仿人智能控制器設計中的瞬態性能指標。如果某控制策略設計比較好的話，在偏差比較大的區域中，就需要采用很強的比例作用或者輸出極值，這樣才能讓偏差得到有效的控制;而如果偏差的變化率比較大，則應該要采用很強的微分作用，另外也可以采用基于偏差變化率的磅-磅控制，這樣可以讓超調得到有效降低;如果偏差以及偏差的變化率不大，就可以在比例作用下降相軌跡向相平面圖中的縱坐標軸靠近，在微分的作用下讓相軌跡向相平面圖中的橫坐標軸靠近。通過這樣的策略就可以設計出仿人智能控制在各個特征狀態下的控制模態。

（2）校正參數。仿人智能控制的參數校正包括對閾值參數和控制器參數的校正。首先校正閾值參數，在校正閾值參數時是通過分析邊界情況下的特征軌跡，來確定是否需要采取相應的規則以及何時采用相應的規則來調整初始閾值參數。通過分析可知，區域1、2、6、7的主要作用是讓偏差快速見效，而區域3、4、5的作用則主要是對偏差的變化率進行有效抑制，避免出現很大的反向偏差。所以在校正閾值參數之前，要先對各個區域進行有效的處理：在區域1、2、6、7中根據偏差的正負情況采用磅-磅的控制，而區域3、4、5則根據偏差的變化率的正負情況采用磅-磅的控制。在經過這樣的處理后，就能夠在沒有校正各個分期控制器參數的情況實現各個分區的基本功能，讓控制能夠正常的運行，這樣才能通過對特征軌跡走向的判斷來對閾值參數進行校正。其次是校正控制器參數，控制器參數的校正和閾值參數的校正相似，都是根據特征軌跡的走向來對參數的調節規則進行設計。在校正控制器參數前，應該將全部參數初始化為一個比較小的值，而且還應該要在特征模型中定義出一定數量的期望特征區域。

（3）仿人智能控制的穩定性分析。對智能控制穩定性進行研究分析時應該要從系統不穩定趨勢監控的角度出發。通過動態系統輸出的穩定性等價原則，對于仿人智能控制系統來講，如果在輸出信息空間中，具有和穩定線性定常系統一致的穩定特征，這個系統就可以看成是穩定的;如果不具有和穩定線性定常系統一致的穩定特征，那么該系統就可能出現了不穩定的趨勢，在這種情況下就需要根據出現的不穩定趨勢來調整設計控制器。

要對控制系統的穩定性進行分析就需要分析在線運行仿人智能控制器的過程中，穩態段特征軌跡的走向。在控制器自身狀況不完善或者外部環境出現改變的情況下，穩態段的特征軌跡會離開特征狀態6，如果相軌跡離開區域6的次數較少，而且離開之后能夠在設定的較短時間內再次進入到該區域中，就可以認為該系統是穩定的，否則該系統就不穩定。

3結語

隨著社會科學技術的不斷進步和發展，對工業機器人的精度和速度要求也更高，要想在這種情況實現預期的控制效果，就需要對傳統控制方式進行改進，而仿人智能控制就能在有效實現預期控制效果的基礎上，同時兼顧和優化系統的精確性、穩定性和快速性。對于工業機器人的仿人智能控制來講，應該要通過對閾值參數和控制器參數的校正，加強穩定性的分析來保證仿人智能控制能穩定有效的運行。

參考文獻

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