第12章全方位移动机械手的滑模轨迹跟踪控制
12.1引言
全方位移动机械手系统的协调控制问题具有重要的理论意义和实用价值。全方位移动平台和机械手两个子系统的协调运动是全方位移动机械手优于移动机器人和传统机械手的根本所在,这使该系统具有更加明显的实用价值。全方位移动机械手系统是一个时变的、复杂的高度非线性系统,在实际应用中往往存在外部干扰和系统不确定性,本章根据第11章建立的系统整体动力学模型特性,针对这一类不确定全方位移动机械手系统进行协调控制问题的研究。
变结构控制在20世纪50年代提出,限于当时的技术条件和控制手段,这种理论没有得到迅速发展。近年来,计算机技术的进步使变结构技术能方便地实现并不断发展,成为控制非线性系统一种简单有效的方法。
变结构控制系统的特点是,在动态过程中,系统的结构根据系统当时的状态偏差及各阶导数值以跃变方式按设定规律作相应改变,它是一类特殊的非线性控制系统。滑模控制是变结构控制的一种,该类控制系统预先在状态空间中设定一个特殊的超越曲面,由不连续控制规律不断变换控制系统结构,使系统的状态沿这个特定的超越曲面向平衡点滑动,最后渐近稳定。其特点是,首先,该控制方法不需要系统精确的数学模型,只需要知道其中不确定参数的变化范围。其次,系统进入滑动模态后,对参数及扰动的变化反应迟钝,状态始终沿设定滑线运动,具有很强的鲁棒性。此外,滑模控制系统快速、无超调、计算量小、实时性强。但是变结构控制存在一个缺点——抖振问题,它是由于系统状态在穿越切换面时控制作用的不连续造成的。抖振问题一直困扰着变结构控制,如果不能采取适当的办法消除或削弱抖振现象,变结构控制的意义将大大减小,对此问题,国内外许多学者做了大量的工作,并提出了一些有效的办法。
展开