驱控一体7DOF机械臂位置控制技术研究

作者：陈罡,吴菁,金贵阳,等 日期：2023-02-15/span> 浏览：1221 查看PDF文档

摘要:7自由度(7DOF)机械臂的位置控制存在模型不确定性和摩擦力、重力矩等未知外部干扰,为此,开发了一种7DOF机械臂驱控一体式控制器。首先,设计了基于高级精简指令集计算机(ARM)+数字信号处理器(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)架构的7DOF机械臂驱控一体式控制器方案,确保有足够的计算性能;其次,提出了7DOF机械臂多电机协同控制方法,提高了机械臂位置控制系统的精度和稳定性;然后,设计了基于非线性扰动观测器与快速连续非奇异终端滑膜的复合控制律,用于补偿外界干扰及系统不确定性,同时保证了系统的快速收敛;最后,进行了机械臂关节电机位置控制、速度控制、恒力矩控制、基于非线性扰动观测器的滑模位置控制等实验,对驱控一体式控制方案和复合控制策略的有效性进行了验证。研究结果表明:采用的驱控一体式控制器与多电机位置协同控制方法,能够确保7DOF机械臂关节电机的位置、速度和恒力矩控制稳态误差在1%以内;相比比例积分微分(PID)位置控制,基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模复合位置控制策略的超调量、响应速度、稳态精度等性能均提高了10%~15%,可以满足机械臂高速高精伺服控制要求。

关键词:高级精简指令集计算机;数字信号处理器;现场可编程门阵列;非线性扰动观测器;快速连续非奇异终端滑模控制;一体式控制器

中图分类号:TH39;TP242.2文献标识码:A文章编号:1001-4551(2022)12-1747-08

本文引用格式:

陈罡,吴菁,金贵阳,等.驱控一体7DOF机械臂位置控制技术研究［J］.机电工程,2022,39(12):1747-1754.

CHEN Gang, WU Jing, JIN Gui-Yang, et al. Position control technology of drive integrated 7DOF manipulator［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2022,39(12):1747-1754.