有约束的机械臂高精度轨迹跟踪增量模型预测控制OA
Incremental Model Predictive Control for High-Precision Trajectory Tracking of Robot Manipulators with Constraints
针对任务空间中带有关节角度与角速度约束的机械臂末端位置控制精度问题,在传统模型预测控制(MPC)基础上提出一种增量模型预测控制(IMPC)策略.首先将复杂的非线性运动学方程近似为线性增量系统以简化状态预测计算;其次以轨迹跟踪误差最小为目标定义阶段代价函数,结合输入与状态约束构造最优控制问题(OCP),完成IMPC方法设计;最后搭建三自由度机械臂仿真模型,与传统MPC方法进行对比实验.结果表明,IMPC方法的跟踪精度显著提升,X方向最大误差降低0.0068 m,Y方向最大误差降低0.0075 m;该方法可有效处理输入与状态约束,实现高精度轨迹跟踪,可为有约束条件下高精度作业机械臂控制器的设计提供参考.
To address the control accuracy issues of robot manipulator end-effector positioning in task space with constraints on joint angles and angular velocities,an Incremental Model Predictive Control(IMPC)strategy is proposed based on traditional Model Predictive Control(MPC).Firstly,the complex nonlinear kinematic equations are approximated as a linear incremental system to simplify state prediction calculations.Secondly,a stage cost function is defined with the objective of minimizing trajectory tracking errors,and an optimal control problem(OCP)is formulated by integrating input and state constraints,thereby completing the design of the IMPC method.Finally,a simulation model of a 3-DOF robot manipulator is constructed,and comparative experiments with traditional MPC are conducted.The results demonstrate that the tracking accuracy of the IMPC method is significantly improved,with the maximum error in the X-direction reduced by 0.0068 m and in the Y-direction by 0.0075 m.The proposed method effectively handles input and state constraints,achieving high-precision trajectory tracking,and can serve as a reference for designing controllers for robot manipulators requiring high-precision operation under constrained conditions.
傅子泰;曹立佳;宋煦圣;郭川东
四川轻化工大学 自动化与信息工程学院,四川 宜宾 644000四川轻化工大学 自动化与信息工程学院,四川 宜宾 644000||智能感知与控制四川省重点实验室,四川 宜宾 644000||企业信息化与物联网测控技术四川省高校重点实验室,四川 宜宾 644000四川轻化工大学 自动化与信息工程学院,四川 宜宾 644000四川轻化工大学 自动化与信息工程学院,四川 宜宾 644000||智能感知与控制四川省重点实验室,四川 宜宾 644000||企业信息化与物联网测控技术四川省高校重点实验室,四川 宜宾 644000
信息技术与安全科学
机械臂模型预测控制最优控制问题位置控制
robot manipulatormodel predictive controloptimal control problemposition control
《四川轻化工大学学报(自然科学版)》 2026 (3)
78-85,8
四川省科技计划项目(2024NSFSC2048)四川轻化工大学自然科学基金项目(2024RC03)四川轻化工大学科研创新团队计划项目(SUSE652A011)四川轻化工大学研究生创新基金项目(Y2023303)
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