[发明专利]一种基于干扰观测器的柔性机械臂级联控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于干扰观测器的柔性机械臂级联控制方法，所述柔性机械臂包括臂侧位置控制器和电机侧位置控制器，臂侧位置控制器和电机侧位置控制器以串级方式相连；电机侧位置控制包括电机侧位置信号反馈控制和干扰观测器的干扰估计的前馈补偿控制，臂侧位置控制包括臂侧位置反馈控制和干扰观测器的干扰估计的前馈补偿控制；所述控制方法包括：获取臂侧实际位置q；获取电机侧实际位置θ；根据所述实际臂侧位置q与臂侧参考位置q_r以及所述臂侧位置控制器得到电机侧参考位置θ_r；根据所述电机侧参考位置θ_r与所述实际电机侧位置θ以及所述电机侧位置控制器得到电机侧位置控制器的输出电压u；根据所述电机侧位置控制器的输出电压u驱动所述柔性机械臂。

技术领域

本发明涉及柔性机械臂级联控制器领域，尤其是一种基于干扰观测器的柔性机械臂级联控制方法及系统。

背景技术

基于新型的电力电子技术与新型电机的发展，工业应用型机械臂得到了长足的发展。大多数针对工业机械臂的控制器设计是基于机器人刚体模型。具有柔性关节的轻型机械臂,因其质量轻、惯性小、能耗低等优点而被广泛应用。而在控制器的设计中，如果更多的考虑机械臂之中的柔性环节，则可以进一步提高控制性能。同样的，柔性关节由于谐波减速器、力矩传感器等弹性部件的存在,因此在运行过程中的变形和运行结束后的残余抖动是不可避免的。残余抖动将导致机械臂的定位精度和控制稳定性降低。

传统的柔性机械臂控制策略常使用线性控制方法如PD控制，因其结构简单、容易实现而被广泛应用。然而，实际的柔性机械臂系统是一个非线性系统，同时机械臂易于受到包括系统未建模动态、参数不确定以及负载变化等各种类型干扰的影响。在这些干扰的作用下，传统的线性控制方法无法使系统获得满意的控制性能和较强的干扰抑制能力。伴随着技术的发展，越来越多的先进控制方法被不断提出。这些先进控制方法从不同的方面对柔性机械臂系统性能进行了改进。但是这些控制方法通常是基于单一的反馈控制，无法有效观测系统中存在的各类干扰并抑制干扰。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于干扰观测器的柔性机械臂级联控制方法及系统，用于解决现有技术中的至少一个缺陷。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于干扰观测器的柔性机械臂级联控制方法，所述柔性机械臂包括臂侧位置控制器和电机侧位置控制器，臂侧位置控制器和电机侧位置控制器以串级方式相连；电机侧位置控制包括电机侧位置信号反馈控制和干扰观测器的干扰估计的前馈补偿控制，臂侧位置控制包括臂侧位置反馈控制和干扰观测器的干扰估计的前馈补偿控制；

所述控制方法包括：

获取臂侧实际位置q；

获取电机侧实际位置θ；

根据所述实际臂侧位置q与臂侧参考位置q_r以及所述臂侧位置控制器得到电机侧参考位置θ_r；

根据所述电机侧参考位置θ_r与所述实际电机侧位置θ以及所述电机侧位置控制器得到电机侧位置控制器的输出电压u；

根据所述电机侧位置控制器的输出电压u驱动所述柔性机械臂。

可选地，所述臂侧位置控制器的表达式为：

其中，k_d1，k_p1为控制器增益，为观测器的干扰d₁的估计值，为臂侧参考位置的一阶微分；为臂侧实际位置的一阶微分。

可选地，在臂侧位置控制中，所述干扰观测器的表达式为：