基于干扰观测器的变刚度驱动器复合跟踪控制

作     者：孙剑韬 刘雅伦 陈启航 江明隆 郭朝 SUN Jiantao;Liu Yalun;CHEN Qihang;Jiang Minglong;GUO Chao

作者机构：江汉大学智能制造学院湖北武汉430056 武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072 

出 版 物：《武汉大学学报（工学版）》 (Engineering Journal of Wuhan University)

年 卷 期：2024年第57卷第2期

页      面：241-253页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：湖北省自然科学基金青年基金(编号:2021CFB208) 

主　　题：变刚度驱动器 非线性干扰观测器 柔性驱动器 反馈线性化 复合控制 模型摄动 

摘      要：变刚度驱动器(variable stiffness actuator,VSA)是发展新一代柔性机器人的核心技术之一,由于其模型存在参数不确定性和外部干扰等原因,针对其控制器的设计仍面临着挑战。为解决该问题,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)的复合控制方法,用于实现模型扰动下的VSA刚度与位置控制。与现有针对VSA的非线性控制方法相比,基于干扰观测器的复合跟踪控制方法的最显著优势在于引入了一种新的建模方法用于分析VSA在模型参数不确定、外部干扰和弹性形变等复杂摄动时的动力学;提出一种基于反馈线性化和NDOB的复合控制方法以提高驱动器跟踪精度、增加驱动器针对不确定因素时的鲁棒性。仿真和物理样机试验均验证了所提控制方法的有效性。