考虑误差和时间最优的柔性关节驱动电机抗饱和控制

针对PID控制下柔性关节驱动电机的饱和问题,研究了一种考虑误差和时间最优的抗饱和控制方法。构建以系统跟踪误差和调节时间为优化目标,以驱动电机饱和上限为约束条件的优化模型,提出基于多目标模拟退火算法(MOSA)和莱文贝格-马夸特算法(LM)的MOSA-LM-PID组合优化方法;先利用MOSA的全局收敛能力得出PID参数最优解所在区域,再利用LM的局部快速收敛能力将近似最优解拟合为全局最优解,避免了MOSA的无效搜索,提高了收敛速度和精确度;针对MOSA算法一次随机权重可能造成优化偏重的问题,设计了一种考虑当前周期各目标优化情况的目标函数权重赋值方法。仿真与实验结果表明,MOSA-LM-PID的调节时间小于0.5 s,最大跟踪误差小于1.5%,且控制力矩的饱和度小于50%,均优于PID和MOSA-PID控制,有效改善了柔性关节的动态性能,提高了系统抗饱和能力。