欠驱动两杆机器人的统一控制策略和全局稳定性分析

摘要

针对包括Acrobot和Pendubot在内的欠驱动两杆机器人,提出了一种统一的运动控制策略.欠驱动两杆机器人的整个运动空间分为两个区域:摇起区和平衡区,并对这两个区域分别设计控制律.首先,在摇起区,应用一种基于弱控制Lyapunov函数(Weak-control Lyapunov function,WCLF)的控制方法,来增加系统能量和控制驱动杆的姿势.其次,为了避免奇异值的出现,选择弱控制Lyapunov函数中的一个参数为系统状态空间的非线性函数.然后,通过系统状态调节基于弱控制Lyapunov函数的控制律中的另一个设计参数,来改进系统控制效果.使用弱控制Lyapunov设计的摇起区控制律,可基于最大不变集原理保证其稳定性;而机器人离开摇起区后,利用非光滑Lyapunov函数(Non-smooth Lyapunov function,NSLF)来保证其稳定.最后,结合WCLF和NSLF保证了控制系统的全局稳定.