机械臂轨迹跟踪滑模控制中的抖振抑制法研究.pdf

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1、第29卷第5期计算机仿真2012年5月文章编号：1006—9348(2012)05—0188—04机械臂轨迹跟踪滑模控制中的抖振抑制法研究席雷平1，何辉2，董海瑞1(I．军械工程学院光学与电子工程系，河北石家庄050003；2．南京炮兵学院研究生管理大队，江苏南京2“132)摘要：研究机械臀轨迹跟踪优化控制问题，针对机械臂轨迹跟踪滑模控制中存在的抖振问题。采用趋近律的方法来进行有效改善。用传统滑模控制趋近律的基础上，将饱和函敷引入到了趋近律的设计中．提出～种改进的趋近律．并根据改进的趋近律设计了相应的滑模控劁策略

2、。将新的滑模控制策略应用到机械臂的轨迹跟踪控制中，对系统控制效果进行了验证。仿真结果表明，控制策略不仅有效她抑制了机械臂滑模控制中的抖振问题．而且保证了机械臂系统对期望轨迹的快速跟踪性，具有更好的趋近特性和收敛特性。关键词：机械臂；滑模控制；抖振；趋近律中圈分类号：TP27文献标识码：BMethodofChatteringEliminationinSlidingModeTrackingControlofRoboticManipulatorsXILei-pin91，HEHui2，DONGHai-mil(1．Depa

3、rtmentofOpticsandElectricsEngineering，OrdnanceEngineefingCoUege，ShijiazhuangHebei050003，CHna；2．CompanyofPostgraduateManagement，NanjingAniUeryAcademy，N趴jingJiangsu211132，China)ABSTRACT：ThereachinglawWaSusedtol'_eso[vetheproblemofchatteringeffectivelyinslidingm

4、odetrackingcon—trolofroboticrnanipulatom．Anovelreachinglaww∞proposedbyreferencingsaturationfunctionbasedonnormalreachinglaw．Furthermore，thecorrelativeslidingmodecontrolschemewasdesigned．Thenovelslidingmodecontrolwa8thenusedforthetrackingofroboticmanipulatorsa

5、nditsperformanceWaSvalidated．Thesimulationresultsshowthattheschcmeearlnotonlycontrolthechatteringeffectivelybutalsoachieveafastandaccuratetracking，whichisofbetterreachingandastringencyperformances．KEYWORDS：Roboticmampmator；Slidingmodecontrol；Chattering；Reachi

6、nglawl引言滑模变结构控制方法比较适合于机械臂的控制。这主要是因为滑模变结构控制对一类有外界干扰和参数变化具备某种不变性．或称完全鲁棒性．这对于机械臀的控制非常有和j，它可以削弱由于负载变化或随机干扰对系统控制性能的影响。但是．滑模控制作为一种不连续的控制方法。不可避免地会引起系统的“抖振”问题。抖振及其削弱问题是研究变结构控制的主要内容之一。因为一方面它将引起稳态误差，从而大大影响变结构系统的品质：另一方面它不停地消耗系统的能量，并可能激发系统的振荡⋯。趋近律方法是消除抖振最为有效的方法。采用趋近律基金项目

7、：军队重点实验室建设项目(2009—06)；军械工程学院院基金项且(YJJXMll015)收稿日期：2011—05—02修回日期：2011一∞一28一188一设计方法能够有效地减弱滑模控制中的抖振问题r2]。本文在对机械臂的动力学特性和常用的指数趋近律的优点及缺点进行深入分析的基础上，利用饱和函数连续变化的特点，设计了一种新型改进趋近律。并给出了基于改进趋近律的机械臂滑模控制策略，以克服指数趋近律造成的系统在由切换带向原点运动时，不能趋近于原点而是趋近于原点附近抖振的缺点．同时保证了机械臂控制的快速跟踪性能。通过

8、仿真比较表明：新的趋近律具备更好的趋近特性和收敛特性。2机械臂的数学模型建立机械臂的动态数学模型．通常采用以下两种方法口]：①牛顿一欧拉方程．对于多关节的机械臂来讲．利用这种方法建立数学模型的关键是处理好各关节驱动力和各关节连杆位移之闻的相互耦合关系。但是关节较多时，处理这种关系非常不容易。②拉格朗13动力学方程．该方程为能量的平衡方程，其更适合于分析相互约束下的多个连杆