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题名基于参数估计-滑模阻抗控制的SEA性能分析
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作者
曹学鹏
张正
李彩红
鲁航
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机构
长安大学工程机械学院机电液一体化研究所
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出处
《重庆大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期1-12,共12页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51509006)
先进节能教育部工程中心开放课题(SWEDT-KF201902)。
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文摘
重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用,易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此,针对使用液压串联弹性执行器(series elastic actuators,SEA)作为足部末端在非结构环境下动态性能差的问题,提出了基于环境参数估计的滑模阻抗控制方法(environmental parameter estimation sliding mode,EPESM)。以阀控液压缸的活塞位移传递函数为基础建立了基于位置内环的SEA阻抗控制模型,并以PID作为基础控制器;为改善SEA阻抗控制的动态性能,根据Lyapunov第二法构建稳定的自适应环境参数估计方法对SEA期望位置进行前馈补偿;为提升自适应环境参数估计方法在SEA工作过程中不同阶段的动态性能和环境变化适应性,使用模糊控制方法对自适应环境参数估计方法中的自适应参数进行寻优;以SEA状态方程为基础构建滑模控制器与PID控制器进行动态性能对比分析。仿真结果表明:在变SEA弹簧刚度工况和变环境刚度下,EPESM阻抗控制的响应速度明显更快,可将调节时间从平均5 s缩短到1 s内,能更快地达到预期位移和预期接触力,且能略微降低稳态误差,使接触力误差保持在±6 N内。在动态跟踪工况下,EPESM阻抗控制的动态性能更好,在快速进入跟踪状态后,可以长时间保持0.2 s以内的相位滞后和5.2%的幅值误差。
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关键词
重载机器人
串联弹性执行器
阻抗控制
模糊-自适应参数估计
滑模控制
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Keywords
heavy load robot
series elastic actuator
impedance control
fuzzy-adaptive parameter estimation
sliding mode control
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分类号
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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