基于时延估计和鲁棒H∞控制的工业机器人跟踪控制

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2012, Vol. 40 ›› Issue (1): 77-81,87.

基于时延估计和鲁棒H_∞控制的工业机器人跟踪控制

刘海涛张铁

华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640

收稿日期:2011-06-15 修回日期:2011-09-09 出版日期:2012-01-25 发布日期:2011-12-01
通信作者: 刘海涛(1981-) ，男，博士生，主要从事机器人学与机器人控制研究． E-mail:gdliuht@126.com
作者简介:刘海涛(1981-) ，男，博士生，主要从事机器人学与机器人控制研究．
基金资助:
国家“863”计划重点项目( 2009AA043901-3) ; 粤港关键领域重点项目( 20090101-1) ; 广东省科技计划项目( 2010B080703004) ; 广东省省部产学研合作引导项目( 2010B090400259)

Tracking Control of Industrial Robot Based on Time Delay Estimation and Robust H_∞ Control

Liu Hai-tao Zhang Tie

School of Mechanical and Automotive Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China

Received:2011-06-15 Revised:2011-09-09 Online:2012-01-25 Published:2011-12-01
Contact: 刘海涛(1981-) ，男，博士生，主要从事机器人学与机器人控制研究． E-mail:gdliuht@126.com
About author:刘海涛(1981-) ，男，博士生，主要从事机器人学与机器人控制研究．
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摘要/Abstract

摘要： 针对六自由度工业机器人系统，结合时延估计控制和鲁棒H_∞控制的优点，提出了一种鲁棒H_∞时延估计跟踪控制算法．该算法不需要机器人的复杂动力学模型，避免了机器人逆动力学的在线实时计算; 采用时延估计在线获得机器人系统的未知动力学和外界干扰，并对控制过程加以补偿; 通过引入L₂增益控制，可实现对时延估计误差的L₂干扰抑制，从而进一步提高了系统的鲁棒性．同时，利用Lyapunov 函数和Riccati 不等式保证了闭环系统的渐近稳定性和H_∞鲁棒性能．该算法计算简单，结构固定，鲁棒性强，易于实现．文中还通过二自由度机器人的仿真实验证明了该算法是有效的．

关键词: 工业机器人, 跟踪控制, 时延估计, 渐近稳定性, 鲁棒性

Abstract:

Proposed in this paper is a tracking control algorithm of 6-DOF ( Degree of Freedom) industrial robots,which takes advantage of both the time delay estimation and the robust H_∞ control. In this algorithm,no complicated dynamic models of robots are required,so that the on-line and real-time computation about the robotic inverse dynamics is avoided. Moreover,time delay estimation is used to obtain the unknown dynamics and the external disturbances
of robots on line and to perform a compensation during the tracking control,and the L₂-gain control is employed to guarantee the L₂ disturbance attenuation for the time delay estimation error and to further improve the system robustness. In addition,the Lyapunov function and the Riccati inequality are employed to respectively guarantee
the asymptotic stability and H_∞ robustness of a robotic closed-loop system. The proposed algorithm is of simple
computation,fixed structure and strong robustness and is easy to implement in practice. The simulations on a 2-DOF industrial robot demonstrate that the proposed algorithm is feasible and effective.

Key words: industrial robot, tracking control, time delay estimation, asymptotic stability, robustness

刘海涛张铁. 基于时延估计和鲁棒H_∞控制的工业机器人跟踪控制[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2012, 40(1): 77-81,87.

Liu Hai-tao Zhang Tie. Tracking Control of Industrial Robot Based on Time Delay Estimation and Robust H_∞ Control[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2012, 40(1): 77-81,87.

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