基于奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制方法

邊玉昌哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院

基于奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制方法

邊玉昌
哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院

當(dāng)前機(jī)械臂在日常生活中所起到的作用越來越重要，在很多的領(lǐng)域中都使用到機(jī)械臂，尤其對(duì)提高工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著非常明顯的效果。但是人們?cè)诓僮鳈C(jī)械臂的時(shí)候卻表現(xiàn)出較多的問題，本文中主要對(duì)奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法展開分析和研究，希望能夠?yàn)闄C(jī)械臂系統(tǒng)的控制提供一定幫助。

奇異攝動(dòng)；車載液壓；柔性；機(jī)械臂；控制方法

當(dāng)前隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)于機(jī)械臂的使用也變得越來越多，機(jī)械臂的使用為人們的生活提供了許多的幫助，但是機(jī)械臂的使用需要較嚴(yán)格的系統(tǒng)控制方法，才能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械臂的正常控制。

一、車載液壓柔性機(jī)械臂的研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在車載液壓柔性機(jī)械臂上的研究已經(jīng)比較深入和全面，在很多的方面都已經(jīng)研究得非常的深入。如：軌跡規(guī)劃研究分析、彈性振動(dòng)抑制與變形補(bǔ)償研究等，都已經(jīng)取得較為顯著的成果，已經(jīng)能夠?qū)⑵浼夹g(shù)用于實(shí)際的機(jī)械臂使用之中，對(duì)車載液壓柔性機(jī)械臂的使用和發(fā)展提供很大的幫助。

在關(guān)于奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂的研究之中，KuoKY和其團(tuán)隊(duì)研究出一種復(fù)合阻抗控制方法，這種控制方法在控制上具有很高的實(shí)用性，其能夠分別對(duì)快。慢變子的系統(tǒng)進(jìn)行有效的跟蹤和彈性振動(dòng)控制。在此之后，Jon Guk Yim和他的團(tuán)隊(duì)針對(duì)車載液壓柔性機(jī)械臂進(jìn)行進(jìn)一步的研究，研究出一種遞歸式的柔性機(jī)械臂魯棒控制方法[1]，通過這種方法能夠?qū)C(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行精確的計(jì)算。除此之外，還有著許多關(guān)于車載液壓柔性機(jī)械臂的研究，為車載液壓柔性機(jī)械臂的精確控制提供了充分的理論基礎(chǔ)。

二、基于奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制方法

在使用車載液壓柔性機(jī)械臂進(jìn)行相關(guān)的操作時(shí)，首先需要保證操作的有效性，這就必須設(shè)置合適的控制器，用來保證車載液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)同柔性機(jī)械臂之間的協(xié)調(diào)性，從而使車載液壓柔性機(jī)械臂能夠精確的完成相關(guān)制定任務(wù)。下面對(duì)三種主要的系統(tǒng)控制方法進(jìn)行研究：

（一）慢變子系統(tǒng)的二階滑模控制方法

慢變子系統(tǒng)的二階滑模控制方法是基于奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制方法中較為常見的一種控制方法，該種控制方法能夠使車載液壓柔性機(jī)械臂在控制中更加精確且更加的穩(wěn)定。

在慢變子系統(tǒng)的二階滑模控制方法中，車載液壓柔性機(jī)械臂的慢變子控制的相關(guān)重要計(jì)算公式為[2]：

然后設(shè)置θ(t)為車載液壓柔性機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)中的關(guān)節(jié)所處角的位置，設(shè)置為車載液壓柔性機(jī)械臂在進(jìn)行操作過程中的角速度。并規(guī)定其預(yù)期的值分別為θd(t)和，由此可以分別得出關(guān)于位置誤差和速度誤差的控制方程式：

然后對(duì)此在經(jīng)過一系列的分析和研究最終得到慢變子系統(tǒng)的二階滑模控制的設(shè)計(jì)方程：

根據(jù)以上的方程式可以知道：當(dāng)時(shí)間t無(wú)限趨近于無(wú)窮的時(shí)候，會(huì)使得該慢變子系統(tǒng)的二階滑模控制逐漸的趨于穩(wěn)定[3]，這也正是慢變子系統(tǒng)二階滑模控制法最大的優(yōu)勢(shì)所在。

（二）次快變子系統(tǒng)的最優(yōu)控制方法

次快變子系統(tǒng)的控制方法也常在奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制中被使用。次快變子系統(tǒng)的最優(yōu)控制方法中相關(guān)的控制方程式為：

將上式進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)變，可以得到以下的式子：

對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的分析，可以發(fā)現(xiàn)：

此時(shí)如果（AK,BK)達(dá)到理想的一種狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)完全的可控，則次快變子系統(tǒng)達(dá)到最佳的控制[4]。此時(shí)對(duì)車載液壓柔性機(jī)械臂工作中的彈性振動(dòng)抑制作用達(dá)到最大，使得次快變子系統(tǒng)控制發(fā)揮出最大作用。

（三）快變子系統(tǒng)的自適應(yīng)滑模控制方法

在以上的兩種控制方式在某些方面都具有著獨(dú)特的作用，但是液壓驅(qū)動(dòng)裝置在實(shí)際的工作中，往往受到較多的干擾，不會(huì)一成不變的按照相關(guān)設(shè)定程序進(jìn)行工作，使得車載液壓柔性機(jī)械臂的彈性模量振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)軌跡都有可能隨之發(fā)生較大的變化，這將使得車載液壓柔性機(jī)械臂在工作中會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，打亂已經(jīng)設(shè)定的程序，使得在工作中出現(xiàn)操作上的問題。為此專門針對(duì)快變子系統(tǒng)展開進(jìn)一步的研究，自適應(yīng)滑模控制器隨之出現(xiàn)在人們的眼前，自適應(yīng)滑模控制器能夠根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)快變字系統(tǒng)加以控制，以提高車載液壓柔性機(jī)械臂在實(shí)際中的使用性能，能夠非常有效的進(jìn)行控制[5]。從整體上對(duì)快變子系統(tǒng)的自適應(yīng)滑模控制方法進(jìn)行分析，其主要是將以上兩種控制方法進(jìn)行有效的綜合，并且最終實(shí)現(xiàn)一種自動(dòng)適應(yīng)的控制，可以極大的加強(qiáng)車載液壓柔性機(jī)械臂在實(shí)際使用中的適用性，對(duì)車載液壓柔性機(jī)械臂工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和精確控制都提供了充分的保障，也是目前關(guān)于車載液壓柔性機(jī)械臂控制方法中較為先進(jìn)的方法之一，當(dāng)前已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中。

三、結(jié)束語(yǔ)

總之，當(dāng)前基于奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制方法的研究已經(jīng)取得極大的進(jìn)步，并且在實(shí)際生活中得到廣泛的運(yùn)用。在本文中通過對(duì)奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制方法的具體分析和研究，對(duì)此有了更深的認(rèn)識(shí)，同時(shí)希望本文能夠?yàn)槠娈悢z動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制方法的進(jìn)一步研究提供一定的幫助。

[1]王蒙.基于奇異攝動(dòng)的車載液壓柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制方法研究[D].吉林大學(xué),2014.

[2]曾克儉,李光.液壓柔性機(jī)械臂奇異攝動(dòng)法控制[J].中國(guó)機(jī)械工程,2006,11:1128-1131.

[3]唐志國(guó).機(jī)械臂操作柔性負(fù)載系統(tǒng)分布參數(shù)建模與控制方法研究[D].吉林大學(xué),2011.