四自由度并联平台位姿跟踪控制研究

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在模拟车辆的实际运动中,平台对目标位姿的跟踪控制是其非常重要的性能指标之一,也是近年来研究并联平台运动控制的热点。由于并联平台本身是一个典型的非线性、强耦合的多输入多输出时变系统,在其运动过程中经常会受到关节系统内部参数摄动、非线性关节耦合力以及外部干扰力等不确定性干扰的影响,使得传统的控制方法很难满足其快速、稳定、高精度的运动控制要求。因此,本文以四自由度并联平台为研究对象,针对其位姿跟踪控制问题,以设计出鲁棒性强、控制性能好的运动控制器为目标,对并联平台的控制技术做了深入的研究,主要研究内容如下:首先,建立了平台的运动学模型。通过空间坐标变换原理,得出了平台的运动学反解方程。通过附加位移传感器的方法,获得了平台的运动学正解方程。其次,考虑到系统控制的复杂性、经济性以及稳定性,提出了分散控制的方式,即通过各个关节支路的高精度跟踪实现平台位姿的快速、稳定、高精度位姿跟踪控制,在此基础上,给出了关节支路的控制方法以及数学模型,并完成了控制系统硬件、软件的设计。再次,设计了关节支路控制器。其一,考虑到平台关节伺服系统内部参数摄动、未建模动态等对跟踪效果的影响,采用一种变增益趋近律滑模算法设计了关节控制器,有效的抑制了系统的抖动现象,提高了系统的动态响应性和关节跟踪精度。其二,考虑到滑模变结构控制对负载干扰、关节耦合力等非匹配性外部不确定干扰的不灵敏性,在变增益滑模控制器的基础上设计了基于非线性干扰观测器的变增益滑模关节控制器(SMC-NDO),进一步提高了系统的抗扰性和鲁棒性,实现了关节支路的快速、稳定、高精度跟踪控制。最后,采用分散控制方式,利用设计的变增益滑模关节控制器和SMC-NDO关节控制器对平台的多自由度位姿跟踪控制进行了仿真研究,仿真结果表明,在伺服系统内部参数摄动以及不同外部干扰存在的情况下,所设计的SMC-NDO关节控制器,依然能够很好的实现平台的快速、稳定、高精度的位姿跟踪,达到了良好的控制效果。
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