基于扩张状态观测器与动态面控制的可重构模块机器人反演分散控制

吉林大学学报(工学版) ›› 2013, Vol. 43 ›› Issue (02): 466-471.

基于扩张状态观测器与动态面控制的可重构模块机器人反演分散控制

杜艳丽^1,2, 唐志国¹, 李元春^1,3

1. 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室, 长春 130022;
2. 北华大学电气信息工程学院, 吉林省吉林市 132021;
3. 长春工业大学控制工程系, 长春 130012

收稿日期:2011-10-31 出版日期:2013-03-01 发布日期:2013-03-01
通讯作者: 唐志国(1984-),男,讲师,博士.研究方向:柔性多体系统的建模与控制.E-mail:tangzhiguo@jlu.edu.cn E-mail:tangzhiguo@jlu.edu.cn
作者简介:杜艳丽(1980-),女,讲师,博士研究生.研究方向:可重构模块机器人的建模与控制.E-mail:duyanli@126.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(60974010).

Decentralized backstepping control for reconfigurable modular robots based on ESO and DSC

DU Yan-li^1,2, TANG Zhi-guo¹, LI Yuan-chun^1,3

1. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130022, China;
2. College of Electrical Information Engineering, Beihua University, Jilin 132021, China;
3. Department of Control Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012, China

Received:2011-10-31 Online:2013-03-01 Published:2013-03-01

摘要/Abstract

摘要： 针对可重构模块机器人控制中各子系统间关联项难以处理的问题,提出了一种基于三阶扩张状态观测器(ESO)和动态面控制(DSC)的反演分散控制方法。利用三阶ESO对各关节耦合的关联项及建模不确定性进行实时的估计和补偿,并利用粒子群算法(PSO)自适应调整ESO中的参数。在设计反演分散控制器时,为了克服对虚拟控制量进行重复求导运算而导致的所谓"计算膨胀"问题,采用基于动态面控制的方法设计反演分散控制器,并对所设计的分散控制器的Lyapunov稳定性进行了分析。将该控制策略应用于一个四自由度可重构模块机器人的轨迹跟踪控制中,仿真结果验证了该控制器对处理关联项及反演控制中"计算膨胀"问题的有效性。

关键词: 自动控制技术, 可重构模块机器人, 分散控制, 反演控制

Abstract: A decentralized backstepping controller based on third-order Extension State Observer (ESO) and Dynamic Surface Control (DSC) for reconfigurable modular robots with interconnection terms is presented. The coupling interconnection terms of the joints and modeling uncertainties are estimated and compensated in real-time using third-order ESOs, in which parameters are adjusted adaptively using Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. Based on DSC, the decentralized backstepping controller is used to overcome the problem of "explosion terms" caused by differential coefficient calculation. The stability of the controller is analyzed by Lyapunov theory. The controller is applied to the trajectory tracking control of a 4-DOF reconfigurable modular robot. Simulation results verify the validity of the presented controller in dealing with the coupling interconnection terms and solving the problem of "explosion terms" in backstepping control.

Key words: automatic control technology, reconfigurable modular robots, decentralized control, backstepping control

中图分类号:

TP24

杜艳丽, 唐志国, 李元春. 基于扩张状态观测器与动态面控制的可重构模块机器人反演分散控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(02): 466-471.

DU Yan-li, TANG Zhi-guo, LI Yuan-chun. Decentralized backstepping control for reconfigurable modular robots based on ESO and DSC[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(02): 466-471.

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