仿人柔性关节耦合建模及变负载振动抑制

针对仿人柔性关节负载突变引起的关节振动问题,提出一种基于状态观测器的转矩补偿控制方法.通过控制电动机输出与扰动力矩等值的转矩增量,使关节力矩快速平衡变化后的负载力矩,缩短弹性元件被动适应负载变化的振荡过程.设计了估计负载扰动转矩和电动机转速的状态观测器,并利用Lyapunov函数证明其收敛性;建立基于比例积分-积分比例(PI-IP)转速调节器的驱动系统控制结构,并将观测器的输出前馈输入到转速调节器中,提高系统抗干扰能力.仿真结果表明,与比例积分微分(PID)控制和关节力反馈比例微分(PD)控制相比,所提方法能够在负载变化后的0.6 s内使电动机转速恢复稳定,并在1 s内实现关节振动抑制,关节转速调节时间分别缩短了约1.8 s和0.9 s,有效提升系统动态调节能力.最后,通过在一体化柔性关节测试平台上的实验,验证了所提方法的有效性.