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1月21日工业工程与管理系--机器人自适应控制

题目:机器人自适应控制

报告人:王汉磊 博士 北京控制工程研究所

时间:2010121日(周四)1400

地点:434教室

 

摘要:

机器人动力学与控制的研究热潮开始于上个世纪80年代。在80年代的中后期,针对机器人控制中普遍存在的动力学参数不确定性,机器人的自适应控制成为控制领域一个引人注目的主题,各种控制方法都试图能够在机器人控制中占有一席之地。比较典型的两类方法:逆动力学控制方法(又称为计算力矩法)和基于无源性的控制方法。逆动力学控制方法是机械臂动力学反馈线性化的一种特殊情况,在理想情况下,其闭环系统是线性、解耦的。无源控制方法的目标则显然不同于逆动力学方法,其基本思想是通过改变闭环系统的能量实现控制目标,通过加入阻尼实现系统某些状态的渐近稳定。近年来,许多研究者发现,运动学参数不确定性(即雅克比矩阵的不确定)在机器人的任务空间控制、视觉伺服控制中是普遍存在的,如果不予以恰当的考虑,将会产生严重的问题,甚至造成系统的不稳定。一些研究者分别从无源方法和逆动力学方法出发提出了几种能够补偿运动学参数不确定性的自适应控制方法,并称之为自适应雅克比控制。

随着人类空间活动的逐步增多及许多空间任务的迫切需求,空间机械臂的动力学与控制在稍稍滞后于机器人动力学与控制研究脚步的在上个世纪90年代初成为研究热点。对空间机械臂的动力学的研究取得了比较大的进展,对一类重要的空间机械臂——自由漂浮空间机械臂所存在的一些独特的现象——动力学奇异、非完整运动行为,和系统的可控性等有了比较全面和深刻的认识。但是其自适应控制却一直解决得无法令人满意。令人自豪的地面机械臂自适应控制方法在自由漂浮机械臂的应用中处处碰壁。如基于增广动力学模型设计的自适应控制器无法摆脱测量加速度和闭环系统的稳定条件苛刻、物理含义不明确的缺陷。神经网络方法虽然能用,但是无法令机器人控制领域的学者自豪。一方面是计算量大,另一方面是太直接、简单,搬上就解决问题,在对闭环自适应控制系统的认识和解释方面很不够。近来,这一问题得到突破,通过引入一个航天器参考速度矢量,找到了一种可用于自由漂浮机械臂的无源自适应控制器,且不需要测量加速度,所得到的闭环系统稳定的条件物理含义直观且易于解释。与此并行的是,研究发现,通过引入一个航天器估计加速度,逆动力学控制器也得到了比较类似的具有明确物理含义的结论。

 

个人简介

王汉磊, 2004年、2006年分别在石家庄铁道学院、哈尔滨工业大学获学士、硕士学位,20097月于北京控制工程研究所获博士学位,毕业后留所工作。主要研究方向:机器人、空间机器人、自适应控制、航天器姿态控制和非线性控制理论。近来感兴趣的方向是空间矢量概念在机器人动力学与控制中的应用。在automaticaIEEETACInt. J. of Contr.等杂志发表多篇论文。曾作为ACC2010IEEE Trans. on RoboticsIEEE Trans. on MechatronicsMechatronics等的reviewer