关键词：多机械臂系统;;同步控制;;滑模控制;;自适应控制
摘 要：在现代工业化生产中,机械臂发挥着越来越重要的作用。随着生产任务越来越复杂,单个机械臂往往无法满足要求,此时需要多个机械臂进行协作,共同完成作业。同步控制是保证多机械臂相互协作的关键手段,多机械臂系统同步性能的好坏影响着生产任务的完成质量。同时,多机械臂系统是一个典型的非线性强耦合系统,其控制器设计具有一定挑战性。论文以多机械臂系统为主要研究对象,研究多机械臂控制系统末端执行器的位置控制与同步控制,论文的主要工作包括:使用拉格朗日方程分析系统能量,推导出单机械臂系统的关节空间动力学模型,利用机械臂的运动学方程求出机械臂的雅可比矩阵,进而得到单机械臂的工作空间的动力学模型;分析多机械臂运动情况,得到多机械臂系统动力学模型。针对多机械臂模型,采用交叉耦合同步策略,设计一种全局滑模位置同步控制方法,保证系统状态能够快速收敛至滑模面。仿真结果验证了所提方法的有效性。针对带有建模不确定性与外界干扰的多机械臂模型,提出一种复合积分滑模交叉耦合同步控制方法。同时,设计系统不确定性上界的自适应律,补偿系统不确定性与外界干扰的不利影响。仿真结果表明,该方法能够保证多机械臂控制系统具有良好的同步性能与跟踪性能。针对多机械臂系统中普遍存在的控制输入饱和受限问题,提出一种输入受限下的非奇异快速终端滑模同步控制方法。非奇异终端滑模面中每一项的幂次都大于1,因此避免快速终端滑模在求导后出现的奇异值问题。在此基础上设计非奇异快速终端滑模控制器,可以使同步误差与跟踪误差在有限时间内收敛。仿真结果表明,在控制输入受限情况下,所提方法仍能保证良好的跟踪性能与同步性能。
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