[发明专利]一种五自由度混联机器人的模糊自适应控制方法

摘要

本发明公开了一种五自由度混联机器人的模糊自适应控制方法，采用“反馈校正+前馈校正”复合控制策略，以混联机器人各驱动关节误差及其变化率为输入，分别构造反馈和前馈模糊算法，并通过阈值判断，实现反馈与前馈控制器参数的在线分层递阶模糊整定。该方法的有益之处为：可在线模糊调节控制器参数，以适应其负载惯量和外界扰动随机构位形的变化，进而提高机器人在整个工作空间中的运动控制精度与稳定性。

主权项

一种五自由度混联机器人的模糊自适应控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)整定控制器参数初始值，具体步骤为：(a)将五自由度混联机器人各关节控制电机分别与一个伺服控制系统相连并且将每一个伺服控制系统分别与前馈控制器和反馈控制器相连，所述的反馈控制器采用PID控制器，前馈控制器采用速度、加速度前馈控制器；(b)根据经验法整定得到机器人各驱动关节的反馈控制器参数初始值以及前馈控制器参数初始值，反馈控制器参数初始值分别为比例增益量KP0i、积分增益量KI0i和微分增益量KD0i，速度、加速度前馈控制器参数初始值分别为速度前馈量Kvff0i和加速度前馈量Kaff0i,KP0i、KI0i、KD0i、Kvff0i和Kaff0i中的i＝1,2,3代表并联机构各驱动关节，i＝4,5代表串联转头驱动关节；(2)对前馈控制器和反馈控制器的各参数初始值在线分层递阶模糊整定，具体步骤为：(a)在混联机器人各驱动关节的伺服控制系统中，将指令位置与实际位置实时做差运算得到关节跟随误差e并微分得到跟随误差变化率ec，然后将关节跟随误差e与关节跟随误差变化率ec作为输入量输出给模糊整定模块；(b)所述的模糊整定模块将关节跟随误差e与设定的关节跟随误差定义阈值et比较并且将跟随误差变化率ec与设定的关节误差变化率阈值ect比较，若满足|e|≤et且|ec|≤ect时，则调用前馈模糊算法计算得到速度前馈补偿量ΔKvffi和加速度前馈补偿量ΔKaffi作为输出量输出给前馈控制器，此时前馈模糊算法输入量的全部区间为反馈模糊算法的输入量的设定的零区间；否则调用反馈模糊算法，计算得到比例增益补偿量ΔKPi、积分增益补偿量ΔKIi和微分增益补偿量ΔKDi作为输出量输出给反馈控制器；(3)当不满足|e|≤et且|ec|≤ect时，此时所述的反馈控制器读取模糊整定模块输出的比例增益补偿量ΔKPi、积分增益补偿量ΔKIi和微分增益补偿量ΔKDi，然后经过公式KPi＝KP0i+ΔKPi、KIi＝KI0i+ΔKIi、KDi＝KD0i+ΔKDi分别计算得到更新后的反馈控制器控制参数，更新后的反馈控制器参数作用于反馈控制器生成控制指令与前馈控制指令相加，发送给伺服控制系统驱动电机运动；当跟随误差e及误差变化率ec调整至满足|e|≤et且|ec|≤ect时，所述前馈控制器读取模糊整定模块输出的速度前馈补偿量ΔKvffi和加速度前馈补偿量ΔKaffi，然后通过公式Kvffi＝Kvff0i+ΔKvffi、Kaffi＝Kaff0i+ΔKaffi分别计算得到更新后的前馈控制器控制参数，更新后的前馈控制器的控制参数作用于前馈控制器生成控制指令与反馈控制指令相加，发送给伺服系统驱动电机运动。