水下机械臂电动静液作动器的模型预测控制.pdf

２０２４年６月机床与液压Ｊｕｎ２０２４

第５２卷第１１期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ５２Ｎｏ１１

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ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１３８８１２０２４１１０２５

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文献引用：王朋飞，朱建阳，赵慧．水下机械臂电动静液作动器的模型预测控制［Ｊ］．机床与液压，２０２４，５２（１１）：１６７１７６．

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Ｃｉｔｅａｓ：ＷＡＮＧＰｅｎｇｆｅｉ，ＺＨＵＪｉａｎｙａｎｇ，ＺＨＡＯＨｕｉ．Ｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃａｃｔｕａｔｏｒｆｏｒｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ

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［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２４，５２（１１）：１６７１７６．

水下机械臂电动静液作动器的模型预测控制

１１，２１，２

王朋飞，朱建阳，赵慧

（１武汉科技大学，冶金装备及其控制教育部重点实验室，湖北武汉４３００８１；２武汉科技大学

机器人与智能系统研究院，湖北武汉４３００８１）

摘要：电动静液作动器（ＥＨＡ）作为水下液压机械臂的作动系统具有诸多优势。为提高ＥＨＡ的控制性能，采用基于

卡尔曼滤波的模型预测控制（ＭＰＣ）方法，为提高预测效率，ＭＰＣ的预测模型采用线性化的ＥＨＡ模型。在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境

中实现水下机械臂ＥＨＡ的ＭＰＣ控制，并与ＰＩＤ和滑模控制（ＳＭＣ）进行对比。仿真结果表明：ＭＰＣ的位置跟踪稳态误差

约为ＳＭＣ的１０％～２４％，为ＰＩＤ的３％～３７％；出现负载扰动之后，ＭＰＣ的平均受扰偏差仅为ＳＭＣ的３１％～６６％，为ＰＩＤ的

３％～４８％；随着油液弹性模量的降低，３种控制方法下的受扰偏差均呈上升趋势，但ＭＰＣ的上升趋势更加平缓，平均偏差

值也较低。这表明ＭＰＣ控制方法具有更高的位置跟踪精度和更强的鲁棒性。

关键词：水下机械臂；模型预测控制；电动静液作动器；鲁棒性分析；卡尔曼滤波器

中图分类号：ＴＨ１３７

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ＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏＨｙｄｒｏｓｔａｔｉｃＡｃｔｕａｔｏｒｆｏｒＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ

１１，２１，２

ＷＡＮＧＰｅｎｇｆｅｉ，ＺＨＵＪｉａｎｙａｎｇ，ＺＨＡＯＨｕｉ

（１ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００８１，Ｃｈｉｎａ；２ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍｓ，

ＷｕｈａｎＵｎｉｖ