多自由度机械臂的饱和输出反馈有限时间同步位置控制  

Global output feedback finite-time synchronization position control of robot manipulators under actuator constraints

作　　者：王海红 季祥 翟天嵩[1] WANG Hai-hong;JI Xiang;ZHAI Tian-song(School of Intelligent Manufacturing,Nanyang Institute of Technology,Nanyang Henan 473004,China;School of Electro-Mechanical Engineering,Xidian University,Xi’an Shaanxi 710071,China;School of Automation Engineering,Henan Polytechnic Institute,Nanyang Henan 473000,China)

机构地区：[1]南阳理工学院智能制造学院,河南南阳473004 [2]西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710071 [3]河南工业职业技术学院自动化工程学院,河南南阳473000

出　　处：《控制理论与应用》2023年第6期1079-1088,共10页Control Theory & Applications

基　　金：国家自然科学基金项目(61971334,51875431);河南省科技攻关项目(212102210368);南阳市基础与前沿研究计划项目(JCQY011);南阳理工学院博士科研启动基金项目(NGBJ-2019-08)资助.

摘　　要：针对输入受限的多自由度机械臂高精度位置控制问题,本文充分考虑驱动器饱和非线性的影响,提出了多自由度机械臂输出反馈饱和有限时间比例–微分(PD)+同步位置控制策略,应用Lyapunov稳定性理论和几何齐次性技术证明了闭环系统的全局有限时间稳定性.非线性饱和函数的恰当引入,使得所提出的控制器具有清晰明确的上界,可以通过预先选择满足特定条件的控制器参数有效避免驱动器饱和问题;同步控制项的恰当引入,使得所提出的控制器兼顾了多自由度机械臂各轴间的同步协调性,从而获得更快的收敛速度和更好的系统整体性能,满足工程实际对机械臂的高精度要求.本文的数值仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性和可行性.Considering actuator constraints,a saturated output feedback finite-time PD plus gravity compensation(PD+)synchronization position controller is proposed for high-precision positioning of robot manipulators with bounded inputs.Applying the Lyapunov stability theory and geometric homogeneity technique,global finite-time stability of the closed system is proved.By properly introducing a nonlinear saturation function,the proposed controller has a clear and explicit upper bound.The actuator saturations are effectively avoided by selecting control gains a priori.By properly introducing a synchronization term into the expression of the proposed controller,the synchronization of robot manipulators system is considered,and thus obtains a faster convergence and a better system performance which meet the practical needs.Simulation results illustrate the effectiveness and feasibility of the proposed approach.

关 键 词：机械臂 输出反馈控制 输入受限 位置控制 同步控制 全局有限时间稳定性 

分 类 号：TP241[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置] TP273[自动化与计算机技术—控制科学与工程]