基于奇异摄动的车载液压柔性机械臂系统控制方法

2016-08-16边玉昌哈尔滨远东理工学院

科学中国人 2016年20期

边玉昌哈尔滨远东理工学院

边玉昌
哈尔滨远东理工学院

当前机械臂在日常生活中所起到的作用越来越重要，在很多的领域中都使用到机械臂，尤其对提高工业产品的质量和生产效率有着非常明显的效果。但是人们在操作机械臂的时候却表现出较多的问题，本文中主要对奇异摄动的车载液压柔性机械臂系统的控制方法展开分析和研究，希望能够为机械臂系统的控制提供一定帮助。

奇异摄动；车载液压；柔性；机械臂；控制方法

当前随着科技的不断发展进步，人们对于机械臂的使用也变得越来越多，机械臂的使用为人们的生活提供了许多的帮助，但是机械臂的使用需要较严格的系统控制方法，才能够实现机械臂的正常控制。

一、车载液压柔性机械臂的研究现状

当前国内外在车载液压柔性机械臂上的研究已经比较深入和全面，在很多的方面都已经研究得非常的深入。如：轨迹规划研究分析、弹性振动抑制与变形补偿研究等，都已经取得较为显著的成果，已经能够将其技术用于实际的机械臂使用之中，对车载液压柔性机械臂的使用和发展提供很大的帮助。

在关于奇异摄动的车载液压柔性机械臂的研究之中，KuoKY和其团队研究出一种复合阻抗控制方法，这种控制方法在控制上具有很高的实用性，其能够分别对快。慢变子的系统进行有效的跟踪和弹性振动控制。在此之后，Jon Guk Yim和他的团队针对车载液压柔性机械臂进行进一步的研究，研究出一种递归式的柔性机械臂鲁棒控制方法[1]，通过这种方法能够对机械臂的运动轨迹进行精确的计算。除此之外，还有着许多关于车载液压柔性机械臂的研究，为车载液压柔性机械臂的精确控制提供了充分的理论基础。

二、基于奇异摄动的车载液压柔性机械臂系统控制方法

在使用车载液压柔性机械臂进行相关的操作时，首先需要保证操作的有效性，这就必须设置合适的控制器，用来保证车载液压驱动系统同柔性机械臂之间的协调性，从而使车载液压柔性机械臂能够精确的完成相关制定任务。下面对三种主要的系统控制方法进行研究：

（一）慢变子系统的二阶滑模控制方法

慢变子系统的二阶滑模控制方法是基于奇异摄动的车载液压柔性机械臂系统控制方法中较为常见的一种控制方法，该种控制方法能够使车载液压柔性机械臂在控制中更加精确且更加的稳定。

在慢变子系统的二阶滑模控制方法中，车载液压柔性机械臂的慢变子控制的相关重要计算公式为[2]：

然后设置θ(t)为车载液压柔性机械臂运动中的关节所处角的位置，设置为车载液压柔性机械臂在进行操作过程中的角速度。并规定其预期的值分别为θd(t)和，由此可以分别得出关于位置误差和速度误差的控制方程式：

然后对此在经过一系列的分析和研究最终得到慢变子系统的二阶滑模控制的设计方程：

根据以上的方程式可以知道：当时间t无限趋近于无穷的时候，会使得该慢变子系统的二阶滑模控制逐渐的趋于稳定[3]，这也正是慢变子系统二阶滑模控制法最大的优势所在。

（二）次快变子系统的最优控制方法

次快变子系统的控制方法也常在奇异摄动的车载液压柔性机械臂系统控制中被使用。次快变子系统的最优控制方法中相关的控制方程式为：

将上式进行一系列的转变，可以得到以下的式子：

对其进行进一步的分析，可以发现：

此时如果（AK,BK)达到理想的一种状态，能够实现完全的可控，则次快变子系统达到最佳的控制[4]。此时对车载液压柔性机械臂工作中的弹性振动抑制作用达到最大，使得次快变子系统控制发挥出最大作用。

（三）快变子系统的自适应滑模控制方法

在以上的两种控制方式在某些方面都具有着独特的作用，但是液压驱动装置在实际的工作中，往往受到较多的干扰，不会一成不变的按照相关设定程序进行工作，使得车载液压柔性机械臂的弹性模量振动和运动轨迹都有可能随之发生较大的变化，这将使得车载液压柔性机械臂在工作中会发生相应的变化，打乱已经设定的程序，使得在工作中出现操作上的问题。为此专门针对快变子系统展开进一步的研究，自适应滑模控制器随之出现在人们的眼前，自适应滑模控制器能够根据实际的情况对快变字系统加以控制，以提高车载液压柔性机械臂在实际中的使用性能，能够非常有效的进行控制[5]。从整体上对快变子系统的自适应滑模控制方法进行分析，其主要是将以上两种控制方法进行有效的综合，并且最终实现一种自动适应的控制，可以极大的加强车载液压柔性机械臂在实际使用中的适用性，对车载液压柔性机械臂工作时的运动轨迹和精确控制都提供了充分的保障，也是目前关于车载液压柔性机械臂控制方法中较为先进的方法之一，当前已经被广泛的运用到实际当中。