步行机器人自适应模糊伺服控制器设计

时间：2010-12-20

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1　引言(Introduction)
　　步行机器人伺服控制技术是决定机器人行走性能的关键技术之一.在上海交通大学研制的JTUWM-Ⅲ型四足步行机器人关节伺服系统中，被控对象是一个非线性复杂系统，其增益随四足机器人腿的姿态变化而改变.另外，由于转速给定变化范围大，故传统的PID调节器难以满足步行机器人的伺服控制要求.
　　近几年来，模糊控制、自适应控制发展很快，在许多复杂工业过程中取得了成功的应用，将模糊控制与自适应控制相结合，有望对非线性、参数时变的控制对象取得较好的控制效果［1］.在电气传动控制中，由于采样周期短(几毫秒到几十毫秒之间)，对控制算法的实时性要求高，从而限制了自适应模糊控制在这一领域中的应用［2］.本文提出一种增量式模型参考自适应模糊控制器，并应用于步行机器人速度伺服控制中.该控制器在不同的转速给定下和被控对象增益时变时，均能取得好的控制效果，从而有效地改善了控制系统的鲁棒性和动态响应特性.
2　伺服控制系统简介(Description of the servo control system)
　　步行机器人单关节速度伺服控制系统主要由8098单片机、PWM功率放大电路、直流伺服电机、机器人关节和测速发电机组成，如图1所示.图中，ns为转速给定，n为实测转速，Vs为直流电源电压，u为PWM控制量输出信号，Vd为直流伺服电机电枢电压.
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图1 电机转速控制系统框图
Fig.1 Schematic diagram of the motor speed control system
　　由于伺服电机的机电时间常数Tm远大于电磁时间常数T1，故广义被控对象传递函数可描述为［3］：