15、基于滤波误差近似的机器人控制器设计

基于滤波误差近似的机器人控制器设计

在机器人控制领域，实现精确的轨迹跟踪是一个核心目标。然而，由于机器人动力学模型中的参数往往存在不确定性，如摩擦系数的未知或时变，以及机械臂抓取物体质量的不确定性，传统的计算力矩控制方法在实际应用中面临挑战。本文将详细介绍基于滤波误差近似的控制方法，包括数字控制器的性能分析、多种近似控制器的设计与特性。

1. 数字机器人控制器性能分析

数字机器人控制器在不同采样周期下表现出不同的性能。以一个 2 连杆机器人臂为例，期望其每个关节跟随周期为 2 秒的正弦轨迹 $q_d(t)$。
- 采样周期 T = 20ms ：使用数字计算力矩控制器，特定的 PD 增益选择下，跟踪误差表现良好，关节 2 的控制输入如图 3.3.10 所示。
- 采样周期 T = 100ms ：跟踪误差有所增加但仍较小，然而关节 2 的控制力矩进入了极限环状态，这是由于采样周期过大导致的。

数字控制器的代码实现包括以下几个关键部分：

%Digital Robot Controller- J. Campos July 23, 1996
%robot.m, Driver program, Part I
clear all;
global t1 t2
param; %Setting all the parameters
tO=O; %Initial Simulation Time (Sec)
tf=5; %Final Simulation Time (Sec)
x0=[0.1 0 0 O]'; %Initial