[发明专利]基于迭代反馈调整的工业机器人及其轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代反馈调整的工业机器人及其轨迹跟踪控制方法，属于工业机器人控制领域。该方法结合对控制输入信号幅值的限制和轨迹跟踪误差，建立轨迹跟踪控制准则，推导得到控制准则相对于速度控制器和位置控制器的偏导数，进而设计三次迭代实验并利用采集的数据完成对控制准则偏导数信息的估测，实现对各关节驱动系统轨迹跟踪控制器参数的更新校正。与现有技术相比，本发明的轨迹跟踪控制方法是无模型的自适应控制方法，不受未建模动态和建模误差的影响，同时本发明通过迭代重复获取数据的方式消除了噪声扰动的影响，结合迭代域内的位置跟随误差来自适应更新校正系统的轨迹跟踪控制器参数，保证系统的跟随控制性能最优。

技术领域

本发明属于工业机器人控制领域，更具体地，涉及一种基于迭代反馈调整的工业机器人轨迹跟踪控制方法。

背景技术

高性能工业机器人系统，被广泛地应用在激光加工、焊接、码垛、3C等控制精度要求高的领域。对于工业机器人而言，各关节的驱动系统控制性能将直接影响工业机器人的运行效率与定位精度，因此运用先进的智能控制算法进一步提高其关节驱动系统的动态响应跟踪性能可保证工业机器人的轨迹跟踪控制精度和可靠性。

在自动化控制领域，工业机器人需进行精确定位，其各关节驱动系统中采用的是串级控制结构，这种串级控制结构包括了位置环和速度环两个环节，其中速度环是以速度信号作为反馈信号的内环控制环节，刷新速率高，而位置环是以位置信号作为反馈信号的外环控制环节。位置环控制器的输出信号即为速度环控制器的输入信号，最终实现对驱动系统的位置控制，从而完成对工业机器人的轨迹跟踪控制。

为了保证工业机器人位置控制的精度和可靠性，需要对各关节驱动系统的速度环和位置环控制器参数进行整定，只有合适的控制器参数才能发挥控制器的最优效果，保证系统的轨迹跟踪性能。

而目前对于这种包含了位置环控制器和速度环控制器的串级控制结构的设计方法还存在三方面的不足：

1)传统的方法依赖于系统的精确模型的辨识，而对于具有非线性、强耦合性和参数时变特征的驱动系统，其控制性能将会受到影响，并且未建模动态和模型误差始终存在，因此基于不精确模型设计的串级控制器不能保证系统的最优控制性能；

2)现存的方法对于速度环和位置环采用的是分步骤设计的理念，对于单关节轨迹跟踪控制器的设计优化需要针对速度环和位置环分别进行控制算法的研究，因此算法的效率得不到保证，从而影响控制的实时性；

3)另一方面，控制器设计中所使用的过程数据在经过导线传输时将会受到噪声干扰或者传感器噪声，而目前存在的方法没有针对噪声干扰进行扰动抑制策略的研究，因此轨迹跟踪控制性能有限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于迭代反馈调整的工业机器人及其轨迹跟踪控制方法，其目的在于，通过建立特殊的控制准则，对速度环和位置环同时进行控制器参数的设计，且利用迭代重复获取数据的方式消除噪声扰动的影响，同时实现无模型自适应控制，从而达到工业机器人的精确轨迹跟踪控制、保证末端执行器能精准到达目标位置、满足系统的轨迹跟踪控制精度需求的目的。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于迭代反馈调整的工业机器人轨迹跟踪控制方法，该工业机器人的单关节驱动控制系统表示如下：

y_p＝T_pr_p+S_pv_p

y_s＝T_s(r_p-v_p)

T_s＝T_p/G_p，S_p＝1-T_p