SEAs导纳控制的μ综合方法

SEAs(Series elastic actuators)具有在确保机器人性能的基础上兼顾其安全性的特点,因此被广泛地应用在康复机器人中.为实现良好的康复训练效果,机器人需根据实际要求呈现不同的阻抗特性.本文采用μ综合技术解决了 SEAs导纳控制器的设计问题.首先,考虑参数摄动、传感器噪声、输入干扰及控制输入限制等不确定性因素,建立SEAs模型.其次,应用混合稳定性原理分析系统的交互稳定性.由于无源环境的阻抗在高频段必然呈现小增益特性,所以,当端口导纳在低频段满足无源性,高频段具有小增益时,就能确保交互的稳定性.然后,将SEAs的导纳控制综合问题转化为实际端口导纳与期望导纳匹配的μ综合问题....

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Bibliographic Details
Published in自动化学报 Vol. 47; no. 7; pp. 1539 - 1547
Main Authors 李思奇, 黄远灿
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 北京理工大学机电学院 北京100081 01.07.2021
北京理工大学智能机器人与系统高精尖创新中心 北京100081
Subjects
串联弹性驱动器
混合稳定性
μ综合
导纳控制
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ISSN0254-4156
DOI10.16383/j.aas.c180576

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Summary:SEAs(Series elastic actuators)具有在确保机器人性能的基础上兼顾其安全性的特点,因此被广泛地应用在康复机器人中.为实现良好的康复训练效果,机器人需根据实际要求呈现不同的阻抗特性.本文采用μ综合技术解决了 SEAs导纳控制器的设计问题.首先,考虑参数摄动、传感器噪声、输入干扰及控制输入限制等不确定性因素,建立SEAs模型.其次,应用混合稳定性原理分析系统的交互稳定性.由于无源环境的阻抗在高频段必然呈现小增益特性,所以,当端口导纳在低频段满足无源性,高频段具有小增益时,就能确保交互的稳定性.然后,将SEAs的导纳控制综合问题转化为实际端口导纳与期望导纳匹配的μ综合问题.最后,通过调节加权函数,不仅让SEAs闭环系统的端口导纳逼近期望的端口导纳,还能同时满足交互稳定性条件,从而可以独立于环境因素来设计导纳控制器.仿真结果表明,基于μ综合方法设计的控制器,能精确地逼近期望的端口导纳,且确保交互稳定性.另外,通过Hankel逼近方法得到的降阶控制器也具有满意的控制效果.
ISSN:0254-4156
DOI:10.16383/j.aas.c180576