試分析工業(yè)機(jī)器人的仿人智能控制要點(diǎn)

王海榮

摘 要 采用仿人智能控制工業(yè)機(jī)器人，能有效滿足機(jī)器人耦合、思辨和非線性的特征要求。仿人智能控制利用的是基于特征模型的多模態(tài)控制，可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際特征狀況來(lái)選擇相應(yīng)的控制，從而讓各種狀態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)，進(jìn)一步在整體層面上讓系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性和快速性指標(biāo)得到有效滿足。本文主要就對(duì)工業(yè)機(jī)器人的仿人智能控制要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

關(guān)鍵字 工業(yè)機(jī)器人 仿人智能控制 要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的主要特點(diǎn)就是非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變以及多變量，如果采用傳統(tǒng)PID控制將不能在高精度和高速的要求下實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。為了能夠讓工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中精確性、穩(wěn)定性以及快速性能得到有效提升，需要加強(qiáng)研究，找出一些更加智能和更加先進(jìn)的控制算法。而仿人智能控制是基于特征模型的多模態(tài)控制策略，能有效兼顧和優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人精確性、穩(wěn)定性以及快速性方面的性能指標(biāo)。

1工業(yè)機(jī)器人仿人智能控制系統(tǒng)的分析

每個(gè)控制系統(tǒng)都需要在整體層面上兼顧其精確性、穩(wěn)定性和快速性，但是在實(shí)際的狀態(tài)下，這幾方面的性能指標(biāo)要求也會(huì)存在一定的差異。仿人智能控制就是根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的實(shí)際狀態(tài)來(lái)采取相應(yīng)的控制率，最終實(shí)現(xiàn)控制的目的。實(shí)際的控制過(guò)程和人類知覺(jué)推理中的“認(rèn)識(shí)、判斷、操作”過(guò)程比較相似，所以被稱為仿人智能控制。

在仿人智能控制的各個(gè)實(shí)際狀態(tài)下，因?yàn)槭歉鶕?jù)實(shí)際狀態(tài)下的性能要求指標(biāo)來(lái)確定控制率，所以能有效實(shí)現(xiàn)各個(gè)實(shí)際狀態(tài)下的性能要求指標(biāo)，最終從整體層面上來(lái)實(shí)現(xiàn)兼顧和優(yōu)化控制系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性和快速性。在設(shè)計(jì)仿人智能控制器的過(guò)程中，為了能夠更好的體現(xiàn)出兼顧系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性和快速性，仿人智能控制器采用特征軌跡來(lái)作為控制系統(tǒng)的瞬態(tài)性能指標(biāo)。

在仿人智能控制中，特征模型其實(shí)是對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信息空間的一種劃分，而特征狀態(tài)就是劃分出來(lái)的每一個(gè)區(qū)域;特征模型其實(shí)就可以看成是全部特征狀態(tài)的集合。特征辨識(shí)則是對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)處在的特征狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)的過(guò)程。通過(guò)這些基本概念就可以清楚仿人智能控制的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程：首先需要?jiǎng)澐窒到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息空間，從而獲得系統(tǒng)特征模型，利用特征辨識(shí)來(lái)了解當(dāng)前系統(tǒng)處在的實(shí)際狀態(tài)，然后根據(jù)實(shí)際的狀態(tài)來(lái)采取控制模態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)基于特征模型的多模態(tài)控制。在工業(yè)機(jī)器人的控制應(yīng)用仿人智能控制，就能得到工業(yè)機(jī)器人的仿人智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的框架簡(jiǎn)圖如下所示。

2工業(yè)機(jī)器人的仿人智能控制要點(diǎn)分析

（1）特征模型。根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際特征，在誤差-誤差導(dǎo)數(shù)平面中劃分系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信息空間，從而獲得不同的特征狀態(tài)，進(jìn)一步就能得到系統(tǒng)的特征模型。根據(jù)模型中的實(shí)際特征狀態(tài)，采用相應(yīng)的控制模態(tài)來(lái)對(duì)仿人智能控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。仿人智能控制的特征模型如下圖所示。

圖中區(qū)域1-7分別對(duì)應(yīng)了特征模型中的不同特征狀態(tài)，而特征狀態(tài)2又詳細(xì)分成了幾種子狀態(tài);是理想誤差時(shí)的特征軌跡，也就是仿人智能控制器設(shè)計(jì)中的瞬態(tài)性能指標(biāo)。如果某控制策略設(shè)計(jì)比較好的話，在偏差比較大的區(qū)域中，就需要采用很強(qiáng)的比例作用或者輸出極值，這樣才能讓偏差得到有效的控制;而如果偏差的變化率比較大，則應(yīng)該要采用很強(qiáng)的微分作用，另外也可以采用基于偏差變化率的磅-磅控制，這樣可以讓超調(diào)得到有效降低;如果偏差以及偏差的變化率不大，就可以在比例作用下降相軌跡向相平面圖中的縱坐標(biāo)軸靠近，在微分的作用下讓相軌跡向相平面圖中的橫坐標(biāo)軸靠近。通過(guò)這樣的策略就可以設(shè)計(jì)出仿人智能控制在各個(gè)特征狀態(tài)下的控制模態(tài)。

（2）校正參數(shù)。仿人智能控制的參數(shù)校正包括對(duì)閾值參數(shù)和控制器參數(shù)的校正。首先校正閾值參數(shù)，在校正閾值參數(shù)時(shí)是通過(guò)分析邊界情況下的特征軌跡，來(lái)確定是否需要采取相應(yīng)的規(guī)則以及何時(shí)采用相應(yīng)的規(guī)則來(lái)調(diào)整初始閾值參數(shù)。通過(guò)分析可知，區(qū)域1、2、6、7的主要作用是讓偏差快速見(jiàn)效，而區(qū)域3、4、5的作用則主要是對(duì)偏差的變化率進(jìn)行有效抑制，避免出現(xiàn)很大的反向偏差。所以在校正閾值參數(shù)之前，要先對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行有效的處理：在區(qū)域1、2、6、7中根據(jù)偏差的正負(fù)情況采用磅-磅的控制，而區(qū)域3、4、5則根據(jù)偏差的變化率的正負(fù)情況采用磅-磅的控制。在經(jīng)過(guò)這樣的處理后，就能夠在沒(méi)有校正各個(gè)分期控制器參數(shù)的情況實(shí)現(xiàn)各個(gè)分區(qū)的基本功能，讓控制能夠正常的運(yùn)行，這樣才能通過(guò)對(duì)特征軌跡走向的判斷來(lái)對(duì)閾值參數(shù)進(jìn)行校正。其次是校正控制器參數(shù)，控制器參數(shù)的校正和閾值參數(shù)的校正相似，都是根據(jù)特征軌跡的走向來(lái)對(duì)參數(shù)的調(diào)節(jié)規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。在校正控制器參數(shù)前，應(yīng)該將全部參數(shù)初始化為一個(gè)比較小的值，而且還應(yīng)該要在特征模型中定義出一定數(shù)量的期望特征區(qū)域。

（3）仿人智能控制的穩(wěn)定性分析。對(duì)智能控制穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析時(shí)應(yīng)該要從系統(tǒng)不穩(wěn)定趨勢(shì)監(jiān)控的角度出發(fā)。通過(guò)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性等價(jià)原則，對(duì)于仿人智能控制系統(tǒng)來(lái)講，如果在輸出信息空間中，具有和穩(wěn)定線性定常系統(tǒng)一致的穩(wěn)定特征，這個(gè)系統(tǒng)就可以看成是穩(wěn)定的;如果不具有和穩(wěn)定線性定常系統(tǒng)一致的穩(wěn)定特征，那么該系統(tǒng)就可能出現(xiàn)了不穩(wěn)定的趨勢(shì)，在這種情況下就需要根據(jù)出現(xiàn)的不穩(wěn)定趨勢(shì)來(lái)調(diào)整設(shè)計(jì)控制器。

要對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析就需要分析在線運(yùn)行仿人智能控制器的過(guò)程中，穩(wěn)態(tài)段特征軌跡的走向。在控制器自身狀況不完善或者外部環(huán)境出現(xiàn)改變的情況下，穩(wěn)態(tài)段的特征軌跡會(huì)離開(kāi)特征狀態(tài)6，如果相軌跡離開(kāi)區(qū)域6的次數(shù)較少，而且離開(kāi)之后能夠在設(shè)定的較短時(shí)間內(nèi)再次進(jìn)入到該區(qū)域中，就可以認(rèn)為該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則該系統(tǒng)就不穩(wěn)定。

3結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的精度和速度要求也更高，要想在這種情況實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制效果，就需要對(duì)傳統(tǒng)控制方式進(jìn)行改進(jìn)，而仿人智能控制就能在有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制效果的基礎(chǔ)上，同時(shí)兼顧和優(yōu)化系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性和快速性。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的仿人智能控制來(lái)講，應(yīng)該要通過(guò)對(duì)閾值參數(shù)和控制器參數(shù)的校正，加強(qiáng)穩(wěn)定性的分析來(lái)保證仿人智能控制能穩(wěn)定有效的運(yùn)行。

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