[发明专利]一种欠驱动机械臂系统的PD平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种欠驱动机械臂系统的PD平衡控制方法。

背景技术

欠驱动机械系统广泛存在于空间机器人、飞行器和潜水艇等领域，是一种典型的非完整系统。由于欠驱动臂不能直接控制，一般的光滑反馈控制方法对此类系统无效，这一类系统主要依靠关节间的耦合作用，实现欠驱动臂的控制，因此一般的解耦控制方法对这一系统也是无效的，这使得欠驱动系统的控制成为难点。大量的智能控制算法不断涌现，但其距实际的工业应用仍存在一定的差距。

PD控制是工业生产中应用最为广泛的控制器，它具有算法简单、鲁棒性好等优点，对于可建立精确数学模型的确定性系统的控制是非常有效的，但对于非线性的不确定系统往往难以得到较好的控制性能。在实际工业应用中，通常存在着各种不确定因素的影响，为了利用PD控制的优点，一般需要设计补偿器来改善系统的性能，但以往的估计方法没有充分利用系统的输入输出数据，造成数据浪费。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种欠驱动机械臂系统的PD平衡控制方法。

本发明的技术方案是：

一种欠驱动机械臂系统的PD平衡控制方法，包括以下步骤：

步骤1：欠驱动机械臂系统的控制器发出电压信号，启动直流电机，直流电机输出转矩信号控制主驱动臂和欠驱动臂从垂直向下的初始位置摆起至目标平衡位置；

步骤2：用主驱动臂的编码器和欠驱动臂的编码器分别实时检测主驱动臂的输出角度和欠驱动臂的输出角度，判断主驱动臂和欠驱动臂是否偏离目标平衡位置，是，则执行步骤3；否则保持当前直流电机的输出转矩，使主驱动臂和欠驱动臂保持在目标平衡位置；

步骤3：对欠驱动机械臂系统进行PD平衡控制，控制主驱动臂和欠驱动臂保持在目标平衡位置；

步骤3.1：根据欠驱动机械臂系统的动力学模型，分别针对直流电机的转矩信号和主驱动臂的输出角度、直流电机的转矩信号和欠驱动臂的输出角度，建立并联的主驱动臂线性模型和欠驱动臂线性模型，求得主驱动臂线性模型的输出角度和欠驱动臂线性模型的输出角度：

qi*(k+1)=(1-Ai(z-1))qi(k+1)+Bi(z-1)u(k)]]>

其中：i＝1,2，i＝1表示主驱动臂，i＝2表示欠驱动臂；是线性模型的输出角度；q_i(k+1)是编码器检测到的输出角度；u(k)为直流电机的转矩信号；A_i(z^-1)、B_i(z^-1)为表征欠驱动机械臂系统动力学特性的参数，z^-1是后移算子，A_i(z^-1)＝1+a_i1z^-1+a_i2z^-2，B_i(z^-1)＝b_i0+b_i1z^-1，a_i1,a_i2,b_i0,b_i1是未知参数；