基于自适应动态滑模的机械臂容错技术研究

• 作 者: 姜森
• 出 处: 南京邮电大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 机械臂 执行器故障 容错控制 动态滑模控制 自适应控制

近些年,随着科学技术的日益发展,工业水平的不断提高,机械臂技术也得到高速发展,成为国内外的一门热点科学,其相关应用也受到了世界各地人们的密切关注。由于机械臂在工作中摩擦系数和负载随时间的不断变化,再加上机械臂的工作环境逐步复杂化,导致机械臂系统不可避免地会发生故障,而执行器故障则是导致机械臂发生控制系统失效的主要原因。因此,针对机械臂发生执行器故障的容错控制设计成为广大学者研究的热点。本文以机械臂控制系统作为研究对象,利用动态滑模控制理论,对发生执行器故障的机械臂系统进行容错控制技术研究,主要包含以下三个研究内容。第一,针对机械臂控制系统,考虑外部扰动及执行器存在加性故障的情况,基于动态滑模理论提出一种自适应被动容错控制方案,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的稳定性。最后通过仿真比较,验证了所提方法具有较好的容错控制能力。第二,针对机械臂控制系统,考虑外部扰动及执行器存在乘性故障的情况,基于自适应理论和动态滑模理论提出一种被动容错控制方案,通过自适应算法能够有效估计扰动和故障信息,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的稳定性。最后通过仿真比较,验证了该方案的有效性。第三,针对机械臂控制系统,考虑外部扰动及执行器发生乘性故障的情况,首先设计非线性故障检测观测器来检测故障,接着通过所设计的故障估计观测器估计故障值,然后使用故障估计值基于动态滑模控制理论提出一种主动容错控制方案,并通过Lyapunov稳定性理论证明了所设计控制器能够保证系统在故障情况下的渐近稳定性。最后,实验仿真验证了所设计控制器的可行性。