15、受限压电执行器末端执行器的鲁棒阻抗控制

受限压电执行器末端执行器的鲁棒阻抗控制

在医疗设备的应用中，力和位置控制至关重要。阻抗控制作为一种常见的力和位置控制方法，能调节运动与力之间的关系，适用于处理控制对象存在一定不确定性的任务，在机器人 - 环境交互或人机交互等关注力 - 位置关系的应用中经常被使用。本文将围绕一种基于力和位置动态协调的半自动化手术设备的鲁棒阻抗控制展开介绍。

1. 背景介绍

医疗应用任务不可避免地涉及与环境（如人体）的直接交互。随着医疗技术的不断进步，压电执行器（PA）技术成为了一个突出的发展方向。尽管该技术仍处于应用开发的早期阶段，但它已经为需要某种形式的位置和力控制的医疗设备展现出了巨大的价值和功能。

PA 因其具有无需齿轮的高扭矩操作、快速响应、紧凑轻便以及在无电源供应时的高保持扭矩等明显优势，而备受青睐。近年来，设计创新使得 PA 的尺寸更小、更坚固且更易于制造，其应用领域也不断扩大，涵盖了压电微电机技术、手持临床诊断系统、医疗设备、微纳流体、可植入设备、微操作等。

然而，在建立有效的控制方法时，PA 存在的非线性问题是一个主要关注点。此外，PA 还需要在参数不确定性和其他建模不确定性的变化下保持鲁棒性能。压电非线性和不确定性会阻碍执行器实现极高的精确运动精度和分辨率。常见的 PA 建模技术包括使用逆滞回模型前馈控制、电压驱动和电流或电荷驱动等。在大多数研究中，采用了复杂的干扰模型来补偿干扰，但干扰建模既耗时又容易在识别时出现建模误差。因此，由于效率和性能方面的优势，干扰观测器（DOB）经常被用于运动控制系统中。通过将非线性和不确定性视为实际工厂与标称模型之间的集中干扰，DOB 可以进行补偿并保证系统动态近似于标称模型。

适当的基于 DOB 的控制方法