在過去的幾十年里，各種非線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制算法被用于實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)模塊的精確運(yùn)動(dòng)控制。但是傳統(tǒng)控制方法不能很好處理外部干擾和不確定性對(duì)控制性能的影響問題，而目前現(xiàn)代控制方法對(duì)硬件計(jì)算能力要求很高，難以在實(shí)際工程中應(yīng)用。

      為了讓協(xié)作機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更好的控制，中科深谷團(tuán)隊(duì)對(duì)協(xié)作機(jī)器人工作原理、控制原理等介紹及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了綜述，并組建了一套基于CSPACE實(shí)時(shí)仿真控制系統(tǒng)的機(jī)械臂控制系統(tǒng)，將待測(cè)試控制器及部分實(shí)物與系統(tǒng)連接，動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)整體指標(biāo)。加快了系統(tǒng)搭建的開發(fā)進(jìn)度，方便了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)參數(shù)調(diào)整。該項(xiàng)研究以論文（協(xié)作機(jī)器人模塊化關(guān)節(jié)控制）為題發(fā)表于2023年Journal of Intelligent & Robotic Systems 期刊中。

全文導(dǎo)讀

——什么是魯棒控制？

       在實(shí)際控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象的模型往往存在一定的不確定性，以自動(dòng)駕駛的車輛為例，車內(nèi)乘客或者貨物的重量變化會(huì)造成被控系統(tǒng)的模型波動(dòng)。該類經(jīng)常存在的問題，對(duì)控制器的設(shè)計(jì)提出挑戰(zhàn)，因此要求所設(shè)計(jì)的控制器具有充分的魯棒性，以使得被控模型在一定范圍內(nèi)波動(dòng)變化時(shí)，閉環(huán)控制性能都可以得到充分保證。

一種基于模型的魯棒控制器（MBRC）

——研究思路

       本文提出了一種基于模型的魯棒控制器（MBRC），對(duì)外界干擾和系統(tǒng)不確定邢干擾具有較強(qiáng)的魯棒性，并且控制成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需要高計(jì)算能力的處理器、參數(shù)易于調(diào)整、實(shí)用性強(qiáng)。

為了增強(qiáng)協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊的軌跡跟蹤效果，提出了一種實(shí)用的基于模型的簡(jiǎn)單參數(shù)調(diào)整魯棒控制方法：

01  首先，為了保持標(biāo)稱機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定，利用動(dòng)力學(xué)模型建立了標(biāo)稱控制器。

02  其次，利用Lyapunov方法建立魯棒控制器，限制不確定性對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響。通過理論分析，證明了該控制器能保證系統(tǒng)的一致有界性和一致極限有界性。此外，基于實(shí)際實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計(jì)了快速控制器CSPACE樣機(jī)，可以快速重復(fù)實(shí)驗(yàn)，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。

03  最后，通過虛擬仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該控制器的有效性和可實(shí)現(xiàn)性。

一種基于模型的魯棒控制器（MBRC）

——工程應(yīng)用價(jià)值

      本文在動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立了標(biāo)稱控制器，采用李雅普諾夫方法建立了魯棒控制器，以減小不確定性對(duì)系統(tǒng)性能的影響。通過理論分析，證明了MBRC能保證系統(tǒng)的一致有界性和一致極限有界性，顯示了控制器的穩(wěn)定性。在CSPACE樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的MBRC算法在動(dòng)態(tài)軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)中，跟蹤性能良好。對(duì)負(fù)荷變化等不確定因素的影響具有較強(qiáng)的魯棒性。

中科深谷設(shè)備科研價(jià)值

——CSPACE，協(xié)作機(jī)器人控制平臺(tái)，半實(shí)物仿真

       中科深谷設(shè)備作為控制系統(tǒng)的主控制器，支持快速控制原型（RCP），實(shí)現(xiàn)CSPACE系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)嵌入式控制器，采用基于模型設(shè)計(jì)進(jìn)行快速迭代。支持硬件在環(huán)回路（HIL），將待測(cè)試控制器及部分實(shí)物與系統(tǒng)連接，動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)整體指標(biāo)。加快了系統(tǒng)搭建的開發(fā)進(jìn)度，方便了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)參數(shù)調(diào)整。在開發(fā)過程中簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，不必考慮模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的具體實(shí)現(xiàn)方式，可以更加專注于算法本身的實(shí)現(xiàn)。