機(jī)電控制系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)-基于六自由度的模擬目標(biāo)追蹤(編輯修改稿)
2024-11-13 13:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 度， i=1,?,6 。 上式是 6個(gè)獨(dú)立的顯式方程，當(dāng)已知該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的基本尺寸和動(dòng)平臺(tái)的位置和姿勢后，就可以求出 6個(gè)驅(qū)動(dòng)桿的桿長。 這就是六自由度平臺(tái)的逆解。 第 3 章基于動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒混合控制 六自由度液壓伺服平臺(tái)控制策略主要分為兩種：一種是基于平臺(tái)鉸接空間的控制方法，另一種是基于平臺(tái)空間的控制方法。 本章主要是基于鉸 接空間的控制器的設(shè)計(jì)，也就是把六自由度并聯(lián)平臺(tái)的六路并行的閥控液壓系統(tǒng)分別作為獨(dú)立的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制?；阢q鏈空間的控制框圖如圖 31 所示，設(shè)定的位姿通過位置反解得到每個(gè)液壓伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)桿的伸縮量的設(shè)定值，每個(gè)驅(qū)動(dòng)桿的伸縮量 的設(shè)定值 與 位移傳感器的實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值進(jìn)入控制器后控制各自的液壓伺服系統(tǒng)。這種控制器在工程實(shí)踐中應(yīng)用較為廣泛，相當(dāng)于把六自由度并聯(lián)平臺(tái)任何一路液壓伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型看成被控對(duì)象進(jìn)行控制。 圖 31 基于鉸接空間的控制框圖 在六自由度并聯(lián)平臺(tái)中六個(gè)液壓缸作用于同一負(fù)載，使得各個(gè)通道 的輸出響應(yīng)將互相產(chǎn)生影響，因此并聯(lián)平臺(tái)是一個(gè)高度非線性系統(tǒng)，強(qiáng)耦合復(fù)雜系統(tǒng)。這種負(fù)載交聯(lián)耦合作用體現(xiàn)在每個(gè)通道上就是使得這一通道是一個(gè)具有時(shí)變外干擾變負(fù)載系統(tǒng)，使其模型具 有外干擾和參數(shù)攝動(dòng)。因此使用傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)很難滿足控制要求，這就需要設(shè)計(jì)先進(jìn)的控制策略來提高系統(tǒng)性能。使其對(duì)外界干擾具有抑制作用以及對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的攝動(dòng)具有魯棒性。 本章針對(duì)液壓伺服系統(tǒng)具有復(fù)雜外干擾和系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)的特點(diǎn) ,提出了一種魯棒復(fù)合控制結(jié)構(gòu) ,該結(jié)構(gòu)由 PD 控制器、魯棒內(nèi)回路控制器、零相位誤差跟蹤控制器和動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償器等四部分組 成。其中 ,PD 控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的反饋控制 ,以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。魯棒內(nèi)回路控制器能夠抑制各種擾動(dòng)和參數(shù)攝動(dòng)的影響 。零相位誤差跟蹤控制器能夠提高系統(tǒng)響應(yīng)的快速性 。動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)對(duì) PD控制器的補(bǔ)償控制 ,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 基于動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒復(fù)合控制器設(shè)計(jì) 將一種動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合控制應(yīng)用在電機(jī)控制中 ,有效地抑制了外界不確定性干擾和系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)的影響 ,取得了很好的控制效果 ,本文考慮將這種思想應(yīng)用到液壓伺服系統(tǒng)中。液壓伺服系統(tǒng)在存在負(fù)載交聯(lián)藕合這種不確定性擾動(dòng)和參數(shù)攝動(dòng)的情況下 ,傳統(tǒng)的控制器已經(jīng)不能滿足性能要求 ,需要設(shè)計(jì)一個(gè)具有良好魯棒性能的控制策略來改善系統(tǒng)的性能。為了得到具有快速跟蹤能力、高精度和優(yōu)良魯棒性的控制系統(tǒng)采用雙回路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,主要包括 PD 控制器、魯棒內(nèi)回路控制器、零相位誤差跟蹤控制器和動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償器。 在魯棒復(fù)合控制中 ,PD 控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的反饋控制 ,以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。魯棒內(nèi)回路控制器用來抑制各種擾動(dòng)和參數(shù)攝動(dòng)的影響 ,將外部力矩干擾及模型參數(shù)變化造成的實(shí)際對(duì)象與名義模型輸出的差異 ,統(tǒng)統(tǒng)等效到控制輸入端進(jìn)行補(bǔ)償 ,并促使實(shí)際系統(tǒng)逼近給定的名義模型 。零相位誤差跟蹤控制器保證系統(tǒng)的快速性 ,提高跟蹤精度 。動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)對(duì) PD控制器的補(bǔ)償控制 ,通過學(xué)習(xí)進(jìn)一步抑制外界干擾以及補(bǔ)償參數(shù)攝動(dòng)帶來的不確定性。這樣由 PD 控制器、魯棒內(nèi)回路控制器、零相位誤差跟蹤控制器和動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償器等四部分就構(gòu)成了液壓伺服系統(tǒng)的魯棒復(fù)合控制器 ,基于動(dòng)態(tài)模糊 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒復(fù)合控制器框圖如圖 。圖中 ,yd為輸入指令信號(hào) 。y為輸出信號(hào) 。uf 為動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償輸出 。ud 為 PD 控制器輸出 。ur 為參考控制輸入信號(hào) 。u為控制輸入信號(hào) 。 e和 ep,為誤差信號(hào) 。d 為外部擾動(dòng)信號(hào) 為測量噪聲。 圖 32 基于動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒復(fù)合控制器框圖 基于干擾觀測器 (DOB)的魯棒運(yùn)動(dòng)控制方法由 Ohshi提出 ,目前廣泛應(yīng)用于各類電動(dòng)高精度機(jī)械伺服系統(tǒng)。干擾觀測器設(shè)計(jì)基于被控對(duì)象的開環(huán)數(shù)學(xué)模型 ,其基本思想是將外部力矩干擾及模型參數(shù)變化造成的 實(shí)際對(duì)象與名義模型輸出的差異 ,統(tǒng)統(tǒng)等效到控制輸入端 ,即觀測出等效干擾 ,在控制中引入等量的補(bǔ)償 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)各種干擾的完全抑制 ,同時(shí)還可以減弱非線性環(huán)節(jié)對(duì)伺服系統(tǒng)性能的影響 ,具有很強(qiáng)的魯棒性 . 魯棒內(nèi)回路控
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