多轴机器人系统输出反馈有限时间同步位置控制

摘要

机器人的位置控制是机器人控制领域最基本、最简单的目标。针对多轴机器人系统的高精度位置控制问题,文中结合交叉耦合技术,提出一种输出反馈非线性PD加重力补偿(PD+)同步位置控制器,应用Lyapunov稳定性理论和几何齐次性技术严格证明了闭环系统的全局有限时间稳定性。相比于渐近稳定的全状态反馈控制,所提出的控制器能实现只基于位置测量的多轴机器人系统输出反馈有限时间稳定位置控制;相比于渐近稳定的输出反馈控制,所提出的控制器能实现系统状态的有限时间稳定;相比于不含同步控制项的输出反馈控制,非线性同步控制项的恰当引入使得所提出的控制器能在保证多轴机器人系统的高精度位置控制的前提下,兼顾各轴间的同步协调运动。所提出的控制器具有结构简单、易于实现、更快响应速度和更好系统整体性能等优点,满足生产实际对机器人系统的高精度要求。数值仿真结果验证了所提出的控制算法的有效性和期望系统性能。所提出的控制方法不仅保证了多轴机器人系统的输出反馈全局有限时间稳定同步控制,同时也为一大类非线性二阶系统的输出反馈同步位置镇定提供了一种有效的替代方法。