SCARA机器人模糊滑模轨迹跟踪控制方法

摘要

本发明提供了一种改进滑模面和趋近律的模糊滑模SCARA机器人轨迹跟踪控制方法：不需其精确动力学模型，具有强鲁棒性；采用改进的快速终端滑模面，加快了系统的收敛速度，同时消除了传统终端滑模面的奇异性；采用改进的快速趋近律，既有指数趋近律远离滑模面的快速趋近特性，又有幂次趋近律接近滑模面时平滑趋近的特性，在保证轨迹跟踪精度的同时，提高了跟踪的速度；采用双曲正切函数代替符号函数，有效地消除了系统的高频抖振；采用模糊自适应控制器对趋近律的指数项系数进行修正，改善了由于系统初始误差较大而引起的力矩冲击问题。

主权项

1.提出了一种改进滑模面和趋近律的SCARA机器人模糊滑模轨迹跟踪控制方法：它不需要知道被控对象的具体数学模型，具有强鲁棒性；相比传统滑模控制提高了跟踪精度，跟踪速度，并且有效地消除了系统的抖振；改善由于初始误差过大而引起的力矩冲击问题。本发明首先对SCARA机器人进行动力学建模，估算其惯性力矩、向心力和哥氏力矩、重力矩；采用了改进的快速终端滑模面，提高了系统的收敛速度，同时消除了传统终端滑模面的奇异性；同时，本发明采用改进的快速趋近律，当系统状态远离滑模面时保证趋近的快速性，当系统状态接近滑模面时保证趋近的平滑性；引入双曲正切函数代替传统的符号函数，改善了系统的高频抖振；采用一个模糊自适应控制器对趋近律的指数项系数进行调整，改善由于初始误差过大而引起的力矩冲击问题； 动力学估算模块1通过建立SCARA机器人动力学方程，根据机器人坐标变换估算各关节的惯性力矩、向心力和哥氏力矩、重力矩的估算值； 建立滑模面模块2通过各关节的位置误差e以及位置误差的导数建立一种改进的快速终端滑模面；趋近律设计模块3为了提高远离滑模面时趋近速度和接近滑模面时趋近的平滑性，设计了一种改进的快速趋近律； 趋近律指数项系数模糊调整模块4为减弱初始误差过大而引起的力矩冲击问题，采用一个模糊控制来调整趋近律指数项系数，确定最优参数； 控制力矩计算模块5最后算出各关节的控制输入τ_i来完成机器人的轨迹跟踪控制，来实现SCARA机器人快速，高精度的轨迹跟踪控制，以及力矩跳变问题。