浅析气动机械手夹持力系统的h∞控制器设计

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1、2012年11月机床与液压NOV．2012第4O卷第2l期MACHINET00L&HYDRAULICSVo1．40No．21DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．21．032基于气动机械手夹持力系统的H控制器设计袁锐波，龙威，易鹏，巴少男(昆明A_z-大学机电工程学院，云南昆明650093)摘要：介绍气动机械手夹持力控制系统的工作原理，建立气动机械手夹持力控制系统的数学模型；针对目前机械手夹持力控制的各种不确定性因素，设计了H}昆合灵敏度控制器，并对其控制效果进行仿真分析。结果证明：控制器能够满足设计需要，并具有灵活的扩展性。关键词：气动机械手；夹持力；

2、H控制器中图分类号：TH138文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)21—120—3DesignofHControllerforClampingForceSystemofPneumaticManipulatorYUANRuibo，LONGWei，YIPeng，BAShaonan(FacultyofMechanicalandElectricalEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，KunmingYunnan650093，China)Abstract：Theworkingprincipleofclampin

3、gforcecontrolsystemofapneumaticmanipulatorwasintroduced．Itsmathematicalmodelwasestablished．Becausetherewereavarietyofuncertain~ctomoncontrolsystemofpneumaticmanipulatorclampingforce，aHmixedsensitivitycontrollerwasdesignedandasimulationforitscontrolefectwasmade．Theresultsindicatethatthecontrolle

4、rcanmeettherequirementsandhasflexiblescalability．Keywords：Pneumaticmanipulator；Clampingforce；Hcontroller早期的机械手一般采用传统的PID控制，由于机械手往往具有较大的传递比，在轨迹跟踪精度要求不高的情况下，可以忽略机械手动力学的影响。但随着现代工业的高速发展和科学技术的不断进步，机械手完成的任务也越来越复杂，特别在高精度和快速运动的场合，对机械手工作效率和控制精度的要求已发生了质的变化。传统控制已远远满足不了要求，由于其外部扰动和未建模动态等影响，必须在综合考虑机械手的不确定性情况

5、下，设计机械手的控制策。基于以上原因，文中引人H鲁棒控制理论设计气动机械手夹持力的控制器，大大降低了各种不确定性因素对精确控制造成的影响。图1气动机械手夹持力控制系统1气动机械手夹持力控制系统工作原理式中：Ki为电磁铁比例系数(N／A)；为输入电流气动机械手夹持力控制系统如图1所示，当手指(A)；m为阀芯质量(kg)；为阀芯位移(m)；夹持物体时，触觉传感器发出力反馈信号给控制器；为弹簧弹性系数(N／m)；A为反馈腔端面积(m)；控制器发出指令信号控制电一气比例压力阀，通过比C为泄漏系数(N·s／m)；P为比例压力阀输出压力例压力阀控制气缸的压力间接实现控制气动手指的夹(MPa)。持

6、力。采用Sanville所确定的流量公式，得出零位附近2气动机械手夹持力控制系统的数学模型的压力一流量特性：以阀芯为研究对象，根据牛顿第二定律，建立力aQ=KAx+△p(2)学平衡方程：r

7、2，

8、^．其中：=乱，=烈。Ki=m号+c．半+Kox十p2A(1)收稿日期：2011—09—01作者简介：袁锐波(1968一)，男，博士，教授，研究方向为电气液比例伺服技术。E—mail：yi870723@163．com。第2l期袁锐波等：基于气动机械手夹持力系统的H控制器设计·121-根据质量守恒定律，建立气缸内气体流量连续性3H。。控制器设计方程b，得：．由于气动机械手夹持力控制系统不仅有稳

9、定性要求，而且还有一定的跟踪性能指标要求。因此，结合Q=(3)其不确定性的特点，采用基于H控制理论的混合灵根据气动手指的静力学分析，将夹持力与气缸压敏度方法来设计其控制器。并根据有加法不确定性的力之间看做比例环节，得：混合灵敏度系统结构图(如图3)进行设计。F(t)=K(t)(4)式中：F(t)为气动手指的夹持力(N)；K为手指气缸夹持力一压力比例系数(N／MPa)；P(t)为气缸内气体压力(MPa)。将与比例阀配套使用的控制放大器看作比例环图3混合灵敏度