带扰动观测器的六自由度并联机器人滑模控制研究

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并联机器人具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小以及动力性能好等一系列潜在优点,与串联机器人在应用上构成互补关系,扩大了机器人的应用领域。同时,并联机器人也是一种高度非线性,强耦合,时变的复杂控制系统,存在参数误差、未建模动态、测量噪声以及不确定的外部干扰等不确定因素。对于并联机器人这类复杂的非线性系统,常规控制策略很难获得理想的控制效果。滑模控制因其对系统参数摄动、外部干扰、系统不确定性等具有很强的鲁棒性,无需建立被控对象的精确数学模型且设计简单,非常适合并联机器人。其缺点在于当状态轨迹到达滑模面后,难于严格地沿着滑模面向着平衡点滑动,而是在滑模面两侧来回穿越,从而产生抖振。本文在传统滑模控制器的基础上,引入扰动观测器,对系统未建模动态影响及外界干扰进行前馈补偿,使得系统对系统模型不确定性更具鲁棒性,同时有效地抑制传统滑模控制方法存在的抖振问题。   本文在分析并联机器人位置反解、工作空间、轨迹规划和支路模型等问题的基础上,首先以“PC机+多轴运动控制器”构建整个控制系统的硬件平台,然后基于MATLAB利用所设计控制器对本课题并联机器人各支路进行了仿真。仿真结果表明该控制器能够很好地跟踪期望轨迹,对外部干扰及系统参数摄动具有较好的鲁棒性,且能有效抑制传统滑模控制引起的抖振问题,系统误差较小,能够满足系统控制要求。最后,在Windows系统环境下,利用面向对象的开发软件VC++设计了功能完善的控制界面用以接受用户输入,然后以6-PTRT并联机器人系统为实验平台,进行了轨迹跟踪试验,实验结果表明了所设计方法的正确性和有效性。
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