变负载下机器人液压串联弹性执行器动态位置控制方法

作     者：曹学鹏 鲁航 朱文锋 钱亚伟 田富元 CAO Xuepeng;LU Hang;ZHU Wenfeng;QIAN Yawei;TIAN Fuyuan

作者机构：长安大学工程机械学院机电液一体化研究所西安710064 先进节能驱动技术教育部工程研究中心成都610031 

基　　金：陕西省重点研发计划资助项目(2021ZDLGY09-02) 陕西省交通运输厅科研项目(18-16K) 先进节能教育部工程中心开放课题(SWEDT-KF201902) 

出 版 物：《西安交通大学学报》 (Journal of Xi'an Jiaotong University)

年 卷 期：2022年第56卷第4期

页      码：91-100页

摘      要：针对变负载下接触环境刚度不确定时液压驱动机器人末端执行器动态性能差的问题,提出了基于时间-误差绝对值积分控制器(ITAE)的液压串联弹性执行器(SEA)动态位置控制方法。首先,根据液压缸的流量连续性方程和活塞与负载的动力学方程,以负载与活塞的位移、速度及负载压力差作为状态变量,运用状态空间法建立液压SEA的五阶状态空间模型;然后,考虑系统带宽、阻抗和重载工况对串联弹簧刚度的不同要求,确定出串联弹簧刚度范围,兼顾系统的快速响应性和稳定性,对时间与误差的绝对值乘积积分,构建基于ITAE的控制器;最后,采用ITAE控制器实现变负载下液压SEA动态位置的精确控制。仿真实验结果表明:在纯惯性负载下,ITAE控制器相比基于灰狼优化的PD控制器(GWO-PD控制器),响应速度快12.5%,稳态误差减小93%;在纯惯性-复合负载切换工况下,当串联弹簧刚度变化时,ITAE控制器相比GWO-PD控制器,响应速度快80%,稳态误差减小18%,而GWO-PD控制器在弹簧刚度较小时产生高频振荡,最大振荡为13.83%;当接触环境刚度变化时,ITAE控制器相比GWO-PD控制器,响应速度快81%,稳态误差减小45%。采用ITAE控制,在内、外参数变化时SEA均具有良好控制性能,可满足非结构环境下的应用要求。

主 题 词：机器人 弹性执行器 控制器设计 变负载 位置控制 

学科分类：0711[理学-心理学类] 080202[080202] 08[工学] 0804[工学-材料学] 0802[工学-机械学] 0811[工学-水利类] 

核心收录：

D　O　I：10.7652/xjtuxb202204010

馆 藏 号：203109779...