Многоцелевое управление роботом-манипулятором с компенсацией запаздывания
Аннотация
Статья посвящена задаче стабилизации робота-манипулятора в заданном положении с учетом ряда требований к качеству динамики управляемого движения в различных режимах. В частности, необходимо обеспечить астатизм по отношению к постоянному внешнему возмущению. При этом управление осуществляется напрямую путем задания моментов на сочленениях робота. Особенность рассматриваемой задачи заключается в том, что математические модели динамики роботов-манипуляторов обладают существенными нелинейностями. Дополнительную сложность представляет собой наличие постоянного запаздывания в каналах управления и внешнего возмущения. Для решения поставленной задачи без учета запаздывания предлагается использовать комбинацию подхода линеаризации обратной связью и синтеза специальной многоцелевой структуры управления. Процедура синтеза таких регуляторов подразумевает разделение изначально сложной задачи синтеза на более простые подзадачи, которые могут быть решены относительно независимо друг от друга. При этом в зависимости от текущего режима движения отдельные части многоцелевой структуры могут быть отключены для экономии вычислительных ресурсов бортовой системы. Для компенсации постоянного запаздывания описывается процедура осуществления особой трансформации полученного многоцелевого регулятора, позволяющая сохранить передаточную матрицу исходной замкнутой системы. Таким образом, исходную задачу можно сначала решить без учета запаздывания, обеспечивая желаемые динамические характеристики, а затем преобразовать полученную систему с учетом запаздывания. Для демонстрации работоспособности представленного подхода приводятся результаты экспериментов с компьютерной моделью двухзвенного робота-манипулятора в различных режимах движения.
Литература
2. Kim N., Oh D., Oh J.-Y., Lee W. Disturbance-Observer-Based Dual-Position Feedback Controller for Precision Control of an Industrial Robot Arm. Actuators. 2022;11(12):375. https://doi.org/10.3390/act11120375
3. Lee H. Trajectory Control of Robotic Manipulators: A Comparison Study. In: Proceedings of the ASME 2020 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Vol. 7A: Dynamics, Vibration, and Control. Virtual, Online. V07AT07A017. ASME; 2020. https://doi.org/10.1115/IMECE2020-23964
4. Zeng K., et al. Trajectory tracking for a 3-DOF robot manipulator based on PSO and adaptive neuro-fuzzy inference system. In: 2016 35th Chinese Control Conference (CCC). Chengdu, China: IEEE Computer Society; 2016. p. 973-977. https://doi.org/10.1109/ ChiCC.2016.7553213
5. Kumar J., Gupta D., Goyal V. Nonlinear PID Controller for Three-Link Robotic Manipulator System: A Comprehensive Approach. In: Proceedings of International Conference on Communication and Artificial Intelligence. Singapore: Springer; 2022. p. 137-152. https://doi.org/10.1007/978-981-19-0976-4_12
6. Jangid M.K., Kumar S., Singh J. Trajectory tracking optimization and control of a three link robotic manipulator for application in casting. International Journal of Advanced Technology and Engineering Exploration. 2021;8(83):1255. https://doi. org/10.19101/IJATEE.2021.874468
7. Mustafa M.M., Hamarash I., Crane C.D. Adaptive-Sliding Mode Trajectory Control of Robot Manipulators with Uncertainties. Zanco Journal of Pure and Applied Sciences. 2020;32(4):22-29. https://doi.org/10.21271/ZJPAS.32.4.3
8. Cho H. On Robust Adaptive PD Control of Robot Manipulators. Journal of Applied and Computational Mechanics. 2020;6:1450-1466. https://doi.org/10.22055/JACM.2020.35658.2707
9. Bertino A., Naseradinmousavi P., Krstić M. Delay-Adaptive Control of a 7-DOF Robot Manipulator: Design and Experiments. IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2022;30(6):2506-2521. https://doi.org/10.1109/TCST.2022.3152363
10. Wang H., Su Y.X. Differentiator-based time delay control for uncertain robot manipulators. Asian Journal of Control. 2023;25(1):485-496. https://doi.org/10.1002/asjc.2798
11. Slotine J.-J.E., Li W. Applied Nonlinear Control. Prentice Hall; 1991. 459 p. https://doi.org/10.1016/0005-1098(91)90045-V
12. Khalil H.K. Nonlinear Systems. 3rd ed. Prentice Hall; 2002. 750 p. https://doi.org/10.1137/1.9780898718713
13. Ortega R., Spong M.W. Adaptive motion control of rigid robots: A tutorial. Automatica. 1989;25(6):877-888. https://doi.org/10.1016/0005-1098(89)90002-1
14. Spong M.W., Hutchinson S., Vidyasagar M. Robot Modeling and Control. Wiley; 2006. 608 p.
15. Haddadin S., De Luca A., Albu-Schäffer A. Robot Collisions: A Survey on Detection, Isolation, and Identification. IEEE Transactions on Robotics. 2017;33(6):1292-1312. https://doi.org/10.1109/TRO.2017.2723903
16. Veremey E.I. Dynamical Correction of Positioning Control Laws. IFAC Proceedings Volumes. 2013;46(33):31-36. https://doi.org/10.3182/20130918-4-JP-3022.00019
17. Sevostyanov R.A., Veremey E.I. Multipurpose stabilization of the advanced marine surface crafts. In: 6th Seminar on Industrial Control Systems – Analysis, Modeling and Computation. ITM Web of Conferences. 2016;6:01004. https://doi.org/10.1051/itmconf/20160601004
18. Krstic M. Delay Compensation for Nonlinear, Adaptive, and PDE Systems. Birkhäuser Boston, MA; 2009. 466 p. https://doi.org/10.1007/978-0-8176-4877-0
19. Skogestad S., Postlethwaite I. Multivariable Feedback Control: Analysis and Design. John Wiley & Sons, Inc.; 2005. 592 p. https://doi.org/10.5555/1121635
20. Siciliano B., Sciavicco L., Villani L., Oriolo G. Robotics: Modelling, Planning and Control. Advanced Textbooks in Control and Signal Processing (C&SP). Springer-Verlag London; 2000. 632 p. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-84628-642-1
21. Kim N., Oh D., Oh J.-Y., Lee W. Disturbance-observer-based dual-position feedback controller for precision control of an industrial robot arm. Actuators. 2022;11(12):375. https://doi.org/10.3390/act11120375
22. Sevostyanov R.A. Delay-Compensating Visual Positioning of the Mobile Robot. Journal of Physics: Conference Series. 2021;1864:012038. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1864/1/012038
23. Michiels W., Niculescu S.-I. Stability and Stabilization of Time-Delay Systems. An Eigenvalue-Based Approach. Philadelphia: SIAM, 2007. 378 p. https://doi.org/10.1137/1.9780898718645
24. Sevostyanov R., Shayakhmetova L. Application of the Asymptotic Observers for the Stabilization of the Time-Delay Linear Equations. In: Sukhomlin V., Zubareva E. (eds.) Convergent Cognitive Information Technologies. Convergent 2018. Communications in Computer and Information Science. Vol. 1140. Cham: Springer; 2020. p. 223-230. https://doi.org/10.1007/978-3-030-37436-5_20
25. Niculescu S.-I. Delay Effects on Stability: A Robust Control Approach. Lecture Notes in Control and Information Sciences. Vol. 269. Springer-Verlag London; 2001. 388 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-0195-2
26. Lynch K.M., Park F.C. Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control. Cambridge University Press; 2017. 642 p. https://doi.org/10.1017/9781316661239
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Редакционная политика журнала основывается на традиционных этических принципах российской научной периодики и строится с учетом этических норм работы редакторов и издателей, закрепленных в Кодексе поведения и руководящих принципах наилучшей практики для редактора журнала (Code of Conduct and Best Practice Guidelines for Journal Editors) и Кодексе поведения для издателя журнала (Code of Conduct for Journal Publishers), разработанных Комитетом по публикационной этике - Committee on Publication Ethics (COPE). В процессе издательской деятельности редколлегия журнала руководствуется международными правилами охраны авторского права, нормами действующего законодательства РФ, международными издательскими стандартами и обязательной ссылке на первоисточник.
Журнал позволяет авторам сохранять авторское право без ограничений. Журнал позволяет авторам сохранить права на публикацию без ограничений.
Издательская политика в области авторского права и архивирования определяются «зеленым цветом» в базе данных SHERPA/RoMEO.
Все статьи распространяются на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная, которая позволяет другим использовать, распространять, дополнять эту работу с обязательной ссылкой на оригинальную работу и публикацию в этом журналe.
