基于模型预测控制的机械臂轨迹跟踪算法

作者：熊清军^*

来源：工业技术创新, 2021, 08(03): 47-53.

DOI：10.14103/j.issn.2095-8412.2021.06.009

• 非线性动力学方程
• 二自由度机械臂
• 模型预测控制(MPC)
• 轨迹跟踪
• 最小二乘法

机械臂控制系统常采用比例—积分—微分控制(PID)等方法,但存在超调、抖动等问题,制约了控制精确度。模型预测控制(MPC)方法能够对预测模型进行反复优化和反馈校正,在机械臂控制中具有优势。考虑机械臂输入输出参数多、强耦合等非线性特性,以二自由度机械臂为例,对MPC方法进行改进研究:首先,根据拉格朗日方程,对机械臂进行非线性动力学算法分析;然后,在特定的状态向量和控制向量下,对非线性动力学方程进行线性化推演;最后,采用最小二乘法,计算得到轨迹跟踪的最优输入量,从而实现对机械臂的轨迹跟踪和控制器设计。数值仿真表明:相比PID控制方法,MPC方法能够在更短的时间内对机械臂轨迹进行更精确的跟踪;即使机械臂受到外界力矩干扰和位移干扰,算法也能在短时间内收敛于稳定状态。

• 单位
  四川大学