柔性機械臂的控制方式一般有哪些？

2022-08-23 08:42:44來源：OFweek機器人網關鍵詞：柔性機械臂工業機器人 PID控制器閱讀量：22883

導讀：柔性機械臂是一個非常復雜的動力學系統，其動力學方程具有非線性、強耦合、實變等特點。而進行柔性臂動力學問題的研究，其模型的建立是極其重要的。

　　近年來，隨著機器人技術的發展，應用高速度、高精度、高負載自重比的機器人結構受到工業和航空航天領域的關注。由于運動過程中關節和連桿的柔性效應的增加，使結構發生變形從而使任務執行的精度降低。所以，機器人機械臂結構柔性特征必須予以考慮，實現柔性機械臂高精度有效控制也必須考慮系統動力學特性。

　　柔性機械臂是一個非常復雜的動力學系統，其動力學方程具有非線性、強耦合、實變等特點。而進行柔性臂動力學問題的研究，其模型的建立是極其重要的。柔性機械臂不僅是一個剛柔耦合的非線性系統，而且也是系統動力學特性與控制特性相互耦合即機電耦合的非線性系統。

　　對柔性機械臂的控制一般有如下方式：

　　1、剛性化處理。完全忽略結構的彈性變形對結構剛體運動的影響。例如為了避免過大的彈性變形破壞柔性機械臂的穩定性和末端定位精度，NASA的遙控太空手運動的最大角速度為0.5deg/s。

　　2、前饋補償法。將機械臂柔性變形形成的機械振動看成是對剛性運動的確定性干擾而采用前饋補償的辦法來抵消這種干擾。德國的Bernd Gebler研究了具有彈性桿和彈性關節的工業機器人的前饋控制。張鐵民研究了基于利用增加零點來消除系統的主導極點和系統不穩定的方法，設計了具有時間延時的前饋控制器，和PID控制器比較起來，可以更加明顯的消除系統的殘余振動。

　　3、加速度反饋控制。Khorrami FarShad和Jain Sandeep研究了利用末端加速度反饋控制柔性機械臂的末端軌跡控制問題。

　　4、被動阻尼控制。為降低柔性體相對彈性變形的影響選用各種耗能或儲能材料設計臂的結構以控制振動。或者在柔性梁上采用阻尼減振器、阻尼材料、復合型阻尼金屬板、阻尼合金或用粘彈性大阻尼材料形成附加阻尼結構均屬于被動阻尼控制。近年來，粘彈性大阻尼材料用于柔性機械臂的振動控制已引起高度重視。

　　5、力反饋控制法。柔性機械臂振動的力反饋控制實際上是基于逆動力學分析的控制方法，即根據逆動力學分析，通過臂末端的給定運動求得施加于驅動端的力矩，并通過運動或力檢測對驅動力矩進行反饋補償。

　　6、自適應控制。采用組合自適應控制，將系統劃分成關節子系統和柔性子系統。利用參數線性化的方法設計自適應控制規則來辨識柔性機械臂的不確定性參數。對具有非線性和參數不確定性的柔性機械臂進行了跟蹤控制器的設計。控制器的設計是依據Lyapunov方法的魯棒和自適應控制設計。通過狀態轉換將系統分成兩個子系統。用自適應控制和魯棒控制分別對兩個子系統進行控制。

　　7、PID控制。PID控制器作為最受歡迎和最廣泛應用的控制器，由于其簡單、有效、實用，被普遍地用于剛性機械臂控制，常通過調整控制器增益構成自校正PID控制器或與其它控制方法結合構成復合控制系統以改善PID控制器性能。

　　8、變結構控制。變結構控制系統是一種不連續的反饋控制系統，其中滑模控制是最普遍的變結構控制。其特點：在切換面上，具有所謂的滑動方式，在滑動方式中系統對參數變化和擾動保持不敏感，同時，它的軌跡位于切換面上，滑動現象并不依賴于系統參數，具有穩定的性質。變結構控制器的設計，不需要機械臂精確的動態模型，模型參數的邊界就足以構造一個控制器。

　　9、模糊與神經網絡控制。是一種語言控制器，可反映人在進行控制活動時的思維特點。其主要特點之一是控制系統設計并不需要通常意義上的被控對象的數學模型，而是需要操作者或專家的經驗知識、操作數據等。

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