液压六自由度并联机器人的控制系统研究

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男’ 年出 硕 研 生’ 士 究生， 要 方向： 液 主 研究 为
压机电控制系统。
降阶处理得到 ：
一 … … 一 ’ 。
， 丽２ ．２ ＝４ ７ ９ ５１ ｕ ４
＋如 １ ５ ｌ ７． ４
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１ ４
赢体 动与 控副
系统使用的阀控非对称液压缸原理如 图 １ 。
由上式可见 ， 阀控液压缸线性简化近似的数学 模型为 ３阶 ， 考虑到 Ｎ ｒｎｒ．． 适应控制方法 ａ ｄａ Ｓ自 ｅ Ｋ 中如果被控对象的相对阶为 ３阶， 则参考模型的相 对 阶也必须为 ３阶， 这样 ， 控制律 的计算量将变得 十分巨大 ， 因此考虑使用 ２阶的参考模型 ， 为此先 考虑能否将 阀控液压 缸系统的数学模 型进行近似 降阶处理 ， 是否能近似成一个相对阶为 ２ 的数学模
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第 ５ 总第 ３ 期 ） 期（ Ｏ
２０ ０ ８年 ９月
流体锘动与 控副
ｎｕ ｄ Ｐｏ ｒＴｒｎ ｍｉｓｏ ａ ｄ Ｃｏ ｔｏ ｉ ｗｅ ａ ｓ ｓｉｎ ｎ ｎｒ ｌ
Ｎ ．Ｓ ｒ ｌＮ ． ） ｏ （ｅｉ ｏ ０ ５ ａ ３
Ｓ ｐ．０ ｅ ２ ０８
—Ｔ
ｊ
有 杆腔 为进 油腔 时 ：
： —
０ ４ ６ ９７ ｅ ７ ． ｅ Ｓ Ｆ ． ８ｕ－（．７ － ＋２ ８ －８ ） ｔ ０ ０
—
３４ ｅ Ｓ３ ．６ ７ 一７ ＋１６ 口一５ Ｓ ＋Ｓ
１ 被控对象的数学模型分析
１ 一般 阀控 缸 系统建模 ． １
１ 进 行 近 似 降 阶 ． ２
型。
在 Ｍ ｔｂ中使用 ｍ ｄｅ ａａ ｌ ｏｒ ｄ函数工具进行 降阶处
理：
ｉ
原传递函数 ：
＝ 面
０２ ．２ ０３ ｕ
图 １阀控非对称液压缸系统原理图
假设不存在 弹性负 载的前提下 ，负载方程 如
收稿 日期 ：０ ８ ０ — ４ ２ ０ — ８ １
化为首一形式为 ：
液压六 自由度并联机器人的控 制系统研究
张 旭 裴 忠才
１０ ８ ０ ０ ３） （北京航空航天大学 自动化 学院 北京
摘要 ： 液压伺服系统来说 ， 对 此类系统是 非线性时变 的系统 ， 通常具有 大范 围的参数 变化 和大时变 负载干扰， 这样 对 的工程应用情况来 说， 常的 ＰＤ控 制器较难取得令人满意 的动态响应 。而对 于六 自由度并联机 器人来说 ， 通 Ｉ 这个 问 题进一步突出 ， 主要表现在随着机器人的运动其单个液压缸 的负载在较大范 围内变化 ， 同时机器人 系统 的各种 参数
误差 、 各种降 阶处理 以及建模时忽略的动态特性等 ， 又进一步加 大了控制的难度 。所 以在对液压 系统 的 ３ 阶数学模 型控制构建了 ２阶模 型参 考 自适应 的控制器 ， 达到满意 的控制效果 。
关键词 ： 液压伺服 ； 并联机器人 ； 型参考 自适应 模 中图分类号 ：Ｈ１ ７ Ｔ ３
其中 。 为参考输入的前向增益 ， ） ） Ｇ为输出的 直接反馈增益 ， 和 ０分别为辅助信号发生器 ｃ ） ） Ｆ ，２输 出 的增 益 。 １Ｆ 辅助信号发生器 Ｆ ，２的描述方程 ： １Ｆ
图 ２ 降 阶模 型 验 证 框 图
Ｄ ”：Ａ０ １十五 （ （ ）
ｗ （）： Ｃ １ ＴＵ（ １ ）
忽略弹性负载 ， 经过推导 ， 得到活塞位移 ｙ …一 Nhomakorabea：
争崔 ： ！ ：
ｓ，２ 孥 ｌ Ｆ ｌ 南＋ 砑 Ｖ ｍ
活塞位于中间位置时 ， 对上式带人具体数据， 得 出阀控液压缸的数学模型。 可得无 杆 腔为进 油 腔时 ：
Ｏ ２３ — ２ ５ 一 ＋ ． ｅ ８ ） ． ２ｕ ｆ． ｅ ７ ９ ０ 一 ｓＥ ０ ２ ０
分别使用阶跃信号和正弦信号测试两个 系统 的输 出差异 ， 得到的正常输入范 围内误差输 出曲线
如下 ：
．
其 中 ｂ＝ ０ １ ｒ 【０—１
＝ Ｄ‘ 。
ｕ ＝Ａｖ 十 ④
在这里 Ａ是（ １ （ １ ｎ ）ｎ ） — 一 的稳定矩阵 ， 中 １为 其 ＂ １ 被控系统模型的分母极点多项式阶次。 就本篇论文研究的阀控液压缸 的降阶简 化模 型而言，＝ 。则辅助信号发生器 Ｆ ，２ ｎ２ １Ｆ 的阶数为 １ 阶， 状态 向量 为 １ ， 维 人为一常数 ， 则可将辅助函数 发生器用传递函数的形式表达如下 ：
２８ 第５ ０年 期 ０
然后为 了验证降阶的结果 ， Ｍ ｔｂ 在 ａ ａ 里作如图 ｌ ２ 所示有实验框 图。
图中所示 即为 自适应控 制律 ， 中 （ 为参 其 Ｓ ） 考 模 型 ， （ Ｗ Ｓ ）为 实 际 系 统模 型 。设 参 数 向量
８ ） 【 ） ）ｏ ） ｐ】 《 ｐ， ０， （， ） ｃ ｄ ｔ
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文献标 识码 ： Ａ
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文章编号 ：１７ — ９ ４ （０ ８ ０ — ０ １— ０ ６２ ８ ０ ２ ０ ）５ ０ ０ ３ ０ ３
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ｆ： 、
４ 一
号 ／ｘ＋ ｘ＋ ｒｐ Ｂ ｔ ｌ ，
液压并 联六 自由度平 台采用非对 称液压缸， 球 铰关节， 除了并联机器人本身 固有 的运动 中大范围 的系统参数变化， 非对称液压缸分别在两个方 向上 运动的流量一 速度特性也不一样 ， 给位置伺服控 这就 制带来了一定的难度． 为此， 决定选用模型参考 自适 应控制 （ Ｒ Ｃ 。 Ｍ Ａ ） 通过选择合适 的模型和调参规律 ， 可 以使每个缸各个方 向上 的运 动规律迅 速趋于模 型的规律 ， 抗干扰能力和快速性都得到 了提高。 由于被控对象的状态变量不易获得 ， 以用被 所 控对象的输入输出构成 自适应控制率。为了避免使 用被 控 对象 输 出和 广义 误差 的各 阶导 数 ，采 用 Ｎ ｒ ｄａ ．模型参考 自 ａ ｎｒ． Ｓ ｅ Ｋ 适应方案。