气动肌肉机械腿轨迹跟踪反步控制研究
气动肌肉具有本质柔顺性，是仿生机器人的研究重点。采用气动肌肉作为四足机器人气动机械腿驱动器，可以显著提高四足机器人作业过程中的安全性。但是气动肌肉具有非线性等特性会导致控制精度不高。为了提高气动肌肉机械腿轨迹跟踪的控制精度，本文开展了以下几个方面的研究。 首先，建立气动肌肉机械腿的数学模型。由于气动肌肉理论建模与实际工作情况存在较大的误差，本文对气动肌肉进行等压测试，然后进行拟合建模。 利用拉格朗日法对机械腿进行动力学建模，基于动力学模型分析控制精度影响因素，得出从提高系统抗干扰与提高模型精度两方面来提高轨迹跟踪控制精度。 其次，根据气动肌肉机械腿的动力学模型，加入干扰力矩项，设计反步滑模控制器，并进行稳定性分析和仿真验证。针对气动肌肉机械腿关节有干扰等问题，将反步法与滑模算法结合，在解决系统非线性问题的同时，保证在一定的扰动下系统轨迹跟踪控制精度。理论证明控制器的稳定性，并通过不同扰动下的仿真和输入幅值不同和频率不同的期望信号的仿真，仿真验证有效性。 然后，根据气动肌肉机械腿的动力学模型设计自适应反步控制器，并进行稳定性分析和仿真验证。针对气动肌肉机械腿建模存在误差的问题，将反步法与自适应相结合，将气动肌肉机械腿数学模型的参数测量误差为未知变量，在解决系统非线性问题的同时，通过提高模型参数的精度来提高系统轨迹跟踪的控制精度。通过拉萨尔不变原理，理论证明控制器的稳定性，并通过输入幅值不同和频率不同的期望信号，仿真验证控制器的有效性。 最后，建立气动肌肉机械腿实验平台，对设计的反步法、反步滑模、自适应反步控制器进行与仿真对应的实验。对比三种算法的跟踪效果，验证三种控制算法的有效性。对比三种控制器的误差范围与最大误差，结果表明反步滑模与自适应反步算法能够显著提高气动肌肉机械腿轨迹跟踪的控制精度。
四足机器人;气动肌肉机械腿;轨迹跟踪;反步控制
中国计量大学
硕士
控制科学与工程
王斌锐;蔡建平
2020
中文
TP242
2022-06-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）