考虑变有效载荷的机械臂自适应PID控制

针对现有PID方法难以适用于机械臂变有效载荷工况下的控制问题,提出了一种考虑变有效载荷的机械臂自适应PID控制策略。首先,构建了变有效载荷条件下的机械臂动力学模型,探讨了经典PID在变有效载荷条件下进行机械臂控制的缺陷;然后,基于离散域中时延控制(TDC)与PID控制之间的等价性,设计了一种自适应PID控制律,确定了该自适应PID控制策略的各增益系数,分析了该方法的优势,并给出了增益系数整定方法;结合Lyapunov理论,进一步证明了该控制策略的稳定性,明确了该方法应对机械臂有效载荷变化的鲁棒性;最后,通过仿真分析与物理实验,验证了该控制策略的有效性与变有效载荷条件下的鲁棒性。研究结果表明:与经典PID控制以及现有自适应PID控制相比,该控制方法在保证控制精度相同的前提下,对于较大幅度有效载荷变化工况(致使关节惯性最多增加124.4%)下的机械臂控制,其鲁棒性更强;该控制方法并可为后续更为复杂精准的自适应控制方法的提出提供参考。