基于滑模觀測(cè)器的機(jī)械臂故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制研究.pdf

1、隨著機(jī)械臂應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和應(yīng)用環(huán)境的逐步復(fù)雜化，對(duì)其操作和運(yùn)行安全性和可靠性提出了更高的要求。機(jī)械臂是一類(lèi)復(fù)雜非線(xiàn)性系統(tǒng)，其中執(zhí)行器作為機(jī)械臂控制系統(tǒng)的重要組成部分，其故障是導(dǎo)致控制系統(tǒng)失效的主因。目前，采用解析模型的故障檢測(cè)方法被廣泛應(yīng)用。但由于實(shí)際系統(tǒng)存在建模不確定，外界干擾以及參數(shù)攝動(dòng)等問(wèn)題，提高故障檢測(cè)和重構(gòu)的快速性和精度是目前研究的難點(diǎn)問(wèn)題。進(jìn)一步利用故障信息設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器，對(duì)于提高系統(tǒng)的安全性和可靠性具有重要意義。
　

2、　在國(guó)內(nèi)外對(duì)機(jī)械臂故障檢測(cè)和容錯(cuò)研究的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)故障檢測(cè)的速度和精度較低，且控制系統(tǒng)存在抖振等問(wèn)題進(jìn)行了研究。基于QC-HOSMO(Quasi-ContinuousHigh-Order Sliding Mode Observer，準(zhǔn)連續(xù)高階滑模觀測(cè)器)原理，提出機(jī)械臂執(zhí)行器故障檢測(cè)與重構(gòu)方法，并依據(jù)重構(gòu)的故障信號(hào)設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器。
　　首先，分析一類(lèi)n關(guān)節(jié)剛性機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，建立正常狀態(tài)下機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。分析執(zhí)

3、行器故障產(chǎn)生的原因及主要故障類(lèi)型，設(shè)有效因子和外加干擾等參數(shù)建立故障模型，構(gòu)建機(jī)械臂系統(tǒng)故障狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)方程。
　　其次，針對(duì)傳統(tǒng)滑模觀測(cè)器在機(jī)械臂執(zhí)行器故障重構(gòu)中出現(xiàn)的精度低，抖振大，以及漸進(jìn)收斂等問(wèn)題，構(gòu)建QC-HOSMO。利用準(zhǔn)連續(xù)高階滑?？刂圃诨Ｃ嫱膺B續(xù)控制的特性消除抖振，并保證系統(tǒng)在有限時(shí)間內(nèi)收斂至滑模面。采用RBF(Radial BasisFunction，徑向基函數(shù))神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近建模不確定部分和未知干擾部分。進(jìn)一步

4、選取非奇異終端滑模面，使得系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定有界。采用等效輸出誤差注入方法，完成對(duì)執(zhí)行器實(shí)際故障的精確重構(gòu)。
　　隨后，針對(duì)出現(xiàn)執(zhí)行器故障的機(jī)械臂系統(tǒng)，采取主動(dòng)容錯(cuò)控制策略，利用在線(xiàn)重構(gòu)的精確故障信號(hào)補(bǔ)償系統(tǒng)故障模型。定義非奇異快速終端滑模面，保證有限時(shí)間的收斂性，避免奇異現(xiàn)象。定義軌跡跟蹤誤差，進(jìn)而設(shè)計(jì)主動(dòng)容錯(cuò)控制器。
　　最后，針對(duì)幾類(lèi)不同的故障類(lèi)型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)比普通高階滑模觀測(cè)器和QC-HOSMO