基于双曲正切函数的工业机器人滑模控制算法分析.docx

?

?

基于双曲正切函数的工业机器人滑模控制算法分析

?

?

郑银湖宋永胜邓静

摘?要：滑模控制方法具备很好的不变性和抗扰动性能，这得益于系统状态沿滑模面不断滑动。但由于其控制量变化较快，电机遭受的冲击较大，给实际应用造成了一定困难。针对此问题，文章通过将传统滑模控制算法与双曲正切函数进行结合，优化传统滑模控制算法，使得系统在维持原有性能的基础上大幅度削减控制输入信号的抖振问题。理论分析表明，在该方法作用下，系统是渐进收敛的。仿真结果验证了其有效性。

Key：机械臂;滑模控制;双曲正切函数;轨迹跟踪

：TP242????：A：2096-4706（2020）22-0119-04

AnalysisofSlidingModeControlAlgorithmforIndustrialRobotBasedonHyperbolicTangentFunction

ZHENGYinhu，SONGYongsheng，DENGJing

（GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou?510006，China）

Abstract：Theslidingmodecontrolmethodhasgoodinvarianceandanti-disturbanceperformance，whichbenefitsfromthecontinuousslidingofthesystemstatealongtheslidingmodesurface.However，duetotherapidchangeofitscontrolquantity，themotorsuffersagreaterimpact，whichcausescertaindifficultiesinpracticalapplications.Inresponsetothisproblem，thispapercombinesthetraditionalslidingmodecontrolalgorithmwithhyperbolictangentfunctiontooptimizethetraditionalslidingmodecontrolalgorithm，sothatthebuffetingproblemofcontrolinputsignalcanbegreatlyreducedonthebasisofmaintainingtheoriginalperformanceofthesystem.Theoreticalanalysisshowsthatthesystemgraduallyconvergesundertheactionofthismethod.Thesimulationresultsverifyitseffectiveness.

Keywords：mechanicalarm;slidingmodecontrol;hyperbolictangentfunction;trajectorytracking

0?引?言

在筆者实验室中所研发的六关节焊接机器人，由于焊接环境复杂，遭受外界干扰多，易出现机器人抖动等问题从而导致焊接效果不佳。为提高控制精度，提升焊接效果，针对六关节焊接机器人，研究一种抗干扰能力好、鲁棒性强的控制方法具有重要的应用价值。

机器人是高度复杂的系统，其控制难度较大。但随着近年来控制学科理论的发展，各类控制算法不断涌现。常用于机器人的主要有PID算法、自适应算法、滑模变结构等等[1-4]。文献[1]结合PID算法和模糊系统规则，设计了相应的控制策略，以提升机器人关节运行稳定性。针对所考虑系统，文献[2]提出了一种自适应控制方法以补偿不确定参数对系统性能所产生的影响。文献[3]对机器人鲁棒控制方法的发展进行了回顾与展望。基于滑模控制理论，文献[4]设计了三种行之有效的方法。在上述方法中，滑模控制以其抗扰动性能强、鲁棒性好等优点，受到了广大科研工作者的强烈关注[5-7]。

滑模控制使得系统状态能够顺利按照预设滑模面滑动以提高整体系统的性能。但这也导致了系统的控制量需要不断切换，其切换频率较高，这在实际系统中是不容易实现的[8-11]。一方面，这对于电机性能的要求较高，另一方面，控制量频繁地切换也会造成对电机的冲击，影响电机寿命。文献[8]针对机械臂系统，结合滑模算法和自适应算法，提出了一种新型的控制方法，可以实现所考虑系统的轨迹跟踪性能。由