机电学院工业自动化与智能控制团队在国际知名期刊发表机械臂相关系列研究成果

景德镇学院工业自动化与智能控制团队专注于在机器人与自动化领域的持续科研创新，团队青年教师王发良以第一作者身份在IEEE Transactions on Fuzzy Systems (中科院1区Top，IF= 11.9)、Journal of The Franklin Institute(中科院2区，IF= 4.1)、 Journal of Vibration and Control (中科院3区，IF= 2.8)等领域国际知名期刊发表系列原创研究论文，团队负责人汪兆栋博士为论文合作作者。以上研究得到了国家自然科学基金、浙江省尖兵计划项目，安徽省重点研究与开发计划项目、江西省教育厅科学技术研究项目等经费支持。

具有良好的轨迹跟踪控制性能是机械臂的基本要求之一，然而在实际情况中，不确定性不可避免存在，并且会降低机械臂系统的控制性能，如何设计高效的控制策略保证机械臂在不确定影响下实现高速、高精度的轨迹跟踪控制具有重要的工程应用价值。基于伺服约束的观点，本文研究了具有不确定性的机械臂的预设性能自适应鲁棒控制。首先，利用预设性能函数对系统跟踪误差进行约束。其次，结合状态转换函数使系统跟踪误差的预设性能约束问题转换为一个新的系统变量的有界性问题。最后，考虑到系统控制性能和控制输入成本之间存在权衡，利用模糊集理论对不确定进行描述，并基于此，探索了控制器的参数优化问题。

图1 控制结构框图

在实际应用中，由于受到非结构化环境、测量误差以及自身机械结构限制等不确定因素的影响，单机械臂在某些场景无法满足复杂任务的要求。当采用两个或者多个协作机械臂时，许多单个机械臂难以完成的任务工作都能够得到解决。当多个机械臂共同操纵同一个物体时，由于形成了闭环运动链，机械臂的运动会受到一系列运动学和动力学约束。因此，与单机械臂的控制相比，多机械臂的控制要复杂得多。此外，在实际控制中，系统中不可避免地存在参数扰动、外界干扰及未建模动态等不确定性，上述问题均给机械臂的高精度轨迹跟踪带来了困难。本文将轨迹跟踪控制任务视为施加在系统上的伺服约束，然后提出了一种自适应鲁棒约束跟随控制器，能够保证多机械臂操作同一个物体沿着期望的轨迹运动，最后，基于模糊集合理论以及合作博弈理论研究了双控制参数优化问题。

图2 多机械臂协同操作同一个物体

图3 控制器设计流程

由于永磁直线同步电机省去了中间机械传动装置，消除了机械间隙与弹性形变等非线性影响，具有高速度、高精度、可靠性好等优点，广泛用于高速精密数控、半导体制造业、机器人系统等高端制造行业。但是由于直线电机缺少中间缓冲环节，使系统参数变化、外部扰动、非线性摩擦力等不确定因素直接作用在电机动子上，从而增加了控制上的难度。因此，需要设计既具有强鲁棒性又能提高响应速度的控制器，使系统实现高精密控制。本文基于伺服约束跟踪的思想，设计了一种不依赖于不确定性边界信息的自适应鲁棒约束跟踪控制器，并基于不确定性的模糊描述，探讨了控制器单参数优化问题。

图4 控制结构框图

汪兆栋博士科研团队长期从事工业自动化与智能控制的研究与应用，先后在IEEE Transactions on Fuzzy Systems、Journal of The Franklin Institute、Journal of Vibration and Control、电工技术学报、华南理工大学学报(自然科学版)、电源学报等国际、国内一流期刊上发表SCI、EI、CSCD论文10余篇，为学校应用型本科建设提供了有力支撑。

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党委宣传部·校报记者团

作者 | 汪兆栋

编辑&一审 | 孙可馨

二审 | 李婷婷

三审 | 胡铂