[发明专利]一种针对液压驱动单元基于位置的阻抗控制方法及系统

说明书

本发明公开一种针对液压驱动单元基于位置的阻抗控制方法及系统。所述方法包括：获取传统的基于位置的阻抗控制动态刚度组成信息；对所述组成信息进行分析，得到位置控制内环的刚度组成；根据所述刚度组成，设计动态柔顺复合控制器；根据所述动态柔顺复合控制器的信息，设计内环前馈补偿控制器；获取所述动态柔顺复合控制器和所述内环前馈补偿控制器的复合控制策略；根据所述复合控制策略控制基于位置的阻抗。采用本发明的方法或者系统能够显著提高基于位置的阻抗控制精度。

技术领域

本发明涉及流体传动与控制领域，特别是涉及一种针对液压驱动单元基于位置的阻抗控制方法及系统。

背景技术

足式机器人相对于轮式、履带式和球形机器人，对未知、非结构环境具有很好的适应能力，能够跨越障碍，在野外未知环境中执行任务时具有独特的优势，近年来已成为机器人行业研究的热点。如今，液压型驱动的足式机器人的关节驱动一般均采用一种高集成阀控缸结构，该结构也称之为液压驱动单元。采用液压驱动单元作为足式机器人的关节驱动器，其在带来液压系统的高性能优势外，同时也带来了强非线性、参数时变等液压系统的共性问题，这使得机器人的控制难度进一步加大。

动态柔顺性是指控制系统在外干扰的作用下，位置变化的难易程度，其衡量指标为动态刚度，即控制系统力变化量与位置变化量的比值，该动态刚度越大(越趋近于无穷)则系统的动态柔顺性越差，反之，动态刚度越小(越趋近于零)则系统的动态柔顺性越好。针对位置控制系统而言，动态刚度就是指系统干扰外力与输出位置的比值，该比值越大则说明系统在受到干扰外力时，输出位置变化量越小，因此其动态柔顺性越差，特别是当位置控制系统动态刚度趋于无穷大时，则说明无论干扰力如何变化，系统输出位置完全不受影响，该系统具有卓越的动态柔顺性，此时定义该位置控制系统为理想位置控制系统。

动态柔顺控制已广泛应用于足式机器人腿部关节的控制方法之中，其控制目的是使机器人足端在接触地面等刚度较大的负载时，可以具备一定的动态柔顺性，以有效减少刚性冲击，从而保证机器人机身结构和附带的电气设备不受破坏，进而保证机器人的整体运动控制性能。动态柔顺性表现为系统在外干扰的作用下，系统的输出呈期望的动态变化，其中阻抗控制是一种常用的二阶动态柔顺控制，其控制原理是将系统等效为具有理想刚度、阻尼和质量系数的二阶质量-弹簧-阻尼系统，该种控制方法已广泛应用于电机驱动的足式机器人领域中，近年来，随着液压驱动的足式机器人逐渐成为研究热点,阻抗控制方法也应用在了这类机器人中。

在液压驱动的足式机器人上采用基于阻抗原理的动态柔顺控制，其基本实现原理都是以液压控制系统作为控制内环，再加上动态柔顺控制外环，当外干扰作用到系统时，通过控制外环使控制内环的输入信号发生改变，从而使系统具备理想的动态柔顺性。

理想情况下，基于位置的阻抗控制内环控制方式采用位置闭环，由于固有的位置闭环特性，内环位置控制系统自身所具备的理想动态刚度趋于无穷大，即位置控制精度很高且不受干扰力的影响，从而使内环控制精度不影响阻抗外环控制精度。但实际情况下，由于液压驱动单元位置控制系统的干扰力和环境的不确定性等原因，干扰力和负载特性会对位置控制精度产生影响，特别是当干扰力和负载特性发生动态变化时，与液压系统固有的非线性、参数时变性及强耦合性共同作用，将对位置控制精度产生动态影响，表现在液压驱动单元位置控制内环本身具备的动态柔顺性不为零。此时，液压驱动单元位置控制内环精度降低，从而影响着足式机器人的整体柔顺控制精度。

另一方面，传统的基于位置的阻抗控制系统在受到不同类型的干扰力时，阻抗控制的实际位置和期望位置之间都存在较大的位置偏差与相角偏差。对于足式机器人高精度控制要求而言，传统的基于位置的阻抗控制所具有的控制性能的不足显然不能满足其控制精度要求。

综上所述，在液压驱动单元控制技术中，迫切需要一种改善的针对液压驱动单元基于位置的阻抗控制方法及系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对液压驱动单元基于位置的阻抗控制方法及系统，能够显著提高基于位置的阻抗控制精度。