時間:2013-01-11 13:02:28來æºï¼šä»²èŒç¶
引言
焊接機械手的軌跡跟蹤是焊接機器人控制的難點。機械手是一個典型的éžç·šæ€§å‹•力系統,具有大慣性和大延é²ã€‚ç›®å‰å°æ©Ÿæ¢°æ‰‹çš„æŽ§åˆ¶ï¼Œä¸»è¦é‡‡ç”¨å‚³çµ±PID控制。由于系統復雜性較高,è¨è¨ˆäººå“¡ç‚ºå»ºç«‹ç³»çµ±æ¨¡åž‹åšå‡ºå„種å‡è¨å’Œç°¡åŒ–ï¼Œå› æ¤æ•¸å¸æ¨¡åž‹çš„æŽ§åˆ¶ç²¾åº¦æœƒå—到很大的影響。本文將神經網絡辨è˜èˆ‡è¿ä»£æŽ§åˆ¶ç›¸çµåˆï¼Œæå‡ºåŸºäºŽç¥žç¶“網絡辨è˜çš„è¿ä»£å¸ç¿’控制ç–略。該ç–ç•¥èƒ½å¤ æé«˜ç³»çµ±æŽ§åˆ¶ç²¾åº¦ï¼Œå¹¶ä½¿ç³»çµ±åœ¨è¼ƒç‚ºå»£æ³›çš„é‹è¡Œæ¢ä»¶èŒƒåœå…§å¯¦ç¾æŽ§åˆ¶ç³»çµ±çš„æŽ§åˆ¶åŠŸèƒ½å’ŒæœŸæœ›æ€§èƒ½ï¼Œæ”¹å–„ç³»çµ±æŽ§åˆ¶æ€§èƒ½ã€‚
1 神經網絡模型辨è˜
神經網絡具備的泛化能力和快速å¸ç¿’能力為éžç·šæ€§ç³»çµ±è¾¨è˜æä¾›äº†æœ‰æ•ˆçš„é€”å¾‘ï¼Œç¥žç¶“ç¶²çµ¡åœ¨æ©Ÿå™¨äººç³»çµ±çš„ç ”ç©¶ä¸Šï¼Œå……åˆ†ç™¼æ®äº†ç¥žç¶“ç¶²çµ¡çš„æ˜ å°„èƒ½åŠ›ï¼Œç¥žç¶“ç¶²çµ¡å¯è§£æ±ºæ©Ÿå™¨äººæŽ§åˆ¶ç³»çµ±ä¸å˜åœ¨çš„æ»å€ã€æ‘©æ“¦ç‰éžç·šæ€§å•題。神經網絡模型辨è˜åœ¨æ©Ÿå™¨äººæŽ§åˆ¶ä¸çš„æ‡‰ç”¨ï¼Œå¦‚圖1所示。
圖1 åŸºäºŽç¥žç¶“ç¶²çµ¡æŽ§åˆ¶çš„å‰›æ€§æ©Ÿæ¢°æ‰‹çµæ§‹åœ–
神經網絡系統辨è˜çš„特點是ä¸éœ€è¦å»ºç«‹ç³»çµ±è¾¨è˜æ¨¡åž‹ï¼Œå°ç³»çµ±è¾¨è˜çš„éŽç¨‹å°±æ˜¯é€šéŽå¸ç¿’系統輸入ã€è¼¸å‡ºæ•¸æ“šçš„éŽç¨‹ã€‚å¸ç¿’的目的是使誤差函數值é”到最å°ï¼Œåæ˜ å‡ºè¼¸å…¥ã€è¼¸å‡ºæ•¸æ“šé–“çš„æ˜ å°„é—œç³»ã€‚è‹¥ç¥žç¶“ç¶²çµ¡çš„è¼¸å‡ºèƒ½å¤ é€¼è¿‘ç³»çµ±åœ¨ç›¸åŒè¼¸å…¥ä¿¡è™Ÿæ¿€å‹µä¸‹çš„輸出,則å¯èªç‚ºç¥žç¶“網絡實ç¾äº†å°åŽŸç³»çµ±çš„è¾¨è˜ï¼Œä»¥ç¥žç¶“元網絡的輸出作為實際系統的輸出估計。
2 è¿ä»£å¸ç¿’控制器的è¨è¨ˆ
2.1 è¿ä»£å¸ç¿’控制
è¿ä»£å¸ç¿’控制é©åˆäºŽé‡å¾©é‹å‹•性質的被控å°è±¡ï¼Œç„¡éœ€è¾¨è˜ç³»çµ±çš„åƒæ•¸ï¼Œé€šéŽè¿ä»£ä¿®æ£æ”¹å–„系統控制目標,è¿ä»£æŽ§åˆ¶æ–¹æ³•ä¸ä¾è³´äºŽç³»çµ±ç²¾ç¢ºçš„æ•¸å¸æ¨¡åž‹ï¼Œå¯åœ¨çµ¦å®šçš„æ™‚間倿®µä¸Šï¼Œä»¥æ¥µç‚ºç°¡å–®çš„算法解決復雜的控制å•題[5]。
å°äºŽn階線性時變的離散系統,è¿ä»£æŽ§åˆ¶æ¨¡åž‹å¯æè¿°ç‚ºï¼š
圖2 è¿ä»£å¸ç¿’控制器
2.2 機器人è¿ä»£å¸ç¿’控制器è¨è¨ˆ
系統控制框圖,如圖3所示。
圖3 系統控制框圖
3 焊接機器人控制仿真
采用柔性連接的機械手作為仿真å°è±¡ï¼Œå¦‚圖4所示。
圖4 機械手示æ„圖
åˆ©ç”¨æ‹‰æ ¼æœ—æ—¥æ–¹æ³•å¯ä»¥å°Žå‡ºå¦‚ä¸‹å‹•åŠ›å¸æ–¹ç¨‹ï¼š
圖5 神經網絡逆å‘辨è˜çµçµæ§‹åœ–
給定æ£å¼¦æ¿€å‹µä¿¡è™Ÿï¼Œé‹ç”¨Matlab程åºä»£ç¢¼æ–‡ä»¶å°è©²æŽ§åˆ¶ç³»çµ±ä»¿çœŸã€‚è¿ä»£å¸ç¿’控制曲線和傳統PID控制響應曲線如圖6所示。
圖6 基于神經網絡模型è˜åˆ¥çš„è¿ä»£å¸ç¿’控制響應曲線與常è¦PID控制響應曲線
4 çµè«–
å¾žä»¿çœŸçµæžœå¯ä»¥çœ‹å‡ºï¼Œæœ¬æ–‡æå‡ºçš„åŸºäºŽç¥žç¶“ç¶²çµ¡è¾¨è˜æ¨¡åž‹è¿ä»£æŽ§åˆ¶æ–¹æ¡ˆæŽ§åˆ¶æ•ˆæžœæ˜Žé¡¯å„ªäºŽå‚³çµ±çš„PID控制,該控制ç–略跟蹤精度高,超調é‡å°ï¼Œèƒ½å¤ 有效地æé«˜ç³»çµ±çš„æŽ§åˆ¶ç²¾åº¦ã€‚åŒæ™‚,優化該控制ç–ç•¥å¯æ‡‰ç”¨äºŽå…¶ä»–æ©Ÿå™¨äººè·Ÿè¹¤æŽ§åˆ¶ç³»çµ±ï¼Œä½¿ç³»çµ±æŠ•å…¥åˆ°æ›´å»£é—Šçš„æ©Ÿå™¨äººæŽ§åˆ¶é ˜åŸŸã€‚
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