关键词:
绳索桁架机械臂
拉格朗日动力学建模
自适应终端滑模控制(ATSMC)
固定时间
双曲正切函数
摘要:
针对绳索桁架机械臂因动力学映射导致的建模困难及高非线性引发的控制精度不足问题,文中提出了一种基于双曲正切函数的固定时间自适应终端滑模控制(adaptive terminal sliding mode control,ATSMC)策略。首先,通过拉格朗日动力学方法对绳索桁架机械臂进行了精确的动力学建模,该建模过程不仅考虑了机械臂的几何特性,还深入探讨了由于绳索的布置路径和几何关系导致的复杂动力学映射问题。其次,基于所建立的动力学方程,设计了一种ATSMC策略,自适应控制策略的引入有效解决了系统中复合干扰和模型不确定性的问题,终端滑模控制策略的设计确保了机械臂能够在固定时间内精确跟踪预设的期望轨迹。最后,引入指数趋近律,这提供了根据实际需求灵活调整系统趋近速率的能力,同时引入双曲正切函数以减少控制过程中的抖振现象。实验结果表明:与现有自适应滑模控制(adaptive sliding mode control,ASMC)策略进行对比,文中方法在关节1和关节2处的位置跟踪响应分别快了1.34 s和0.19 s。此外,设计的控制器在跟踪误差方面表现优异,误差稳定在±3×10-4rad,而自适应滑模控制器的跟踪误差则是稳定在±1.7×10-2rad内,并且在电机输入力的平稳性方面也表现出了显著优势。