基于鲁棒建模的气动人工肌肉驱动仿生关节的轨迹跟踪控制

来源：机器人杂志2016年第2期北京时间：

作者：王杨, 张强, 肖晓晖

摘要：为了简单、高效地实现对由单根气动人工肌肉（pneumatic artificial muscle，PAM）驱动的仿生关节的轨迹跟踪控制，提出了一种基于鲁棒建模方法的级联控制策略．首先，通过解析法建立比例方向控制阀输入电压与 PAM 腔内驱动气压之间的非线性模型．其次，将 PAM 的驱动气压输入和关节角位移输出之间的非线性关系等效为一个含有参数摄动的 2 阶线性时不变模型，并通过鲁棒建模方法辨识模型参数．再者，对应由以上两个模型（即非线性模型和线性时不变模型）组成的混合模型，提出一种级联控制器，其外环是一个采用回路成形设计程序（loop-shaping design procedure，LSDP）法设计的用于角度位置跟踪的 H∞ 控制器，内环是一个基于反馈线性化理论的用于 PAM 腔内驱动气压控制的非线性控制器．最后，在回转角度小于 90° 且工作频率上限小于 1.25 rad/s 的实验条件下，关节对参考轨迹实现了稳态误差小于 2% 的跟踪．本研究表明，在工作频率相对较低的情况下，采用所提策略可以对高度非线性系统实现有效的轨迹跟踪控制．

关键词：鲁棒建模, H_&#8734 控制, 非线性系统, 回路成形设计程序, 仿生关节