16、机器人系统基于近似线性化的控制策略解析

机器人系统基于近似线性化的控制策略解析

1. 电力线巡检机器人控制

电力线巡检机器人的控制涉及多个关键环节，包括线性化处理、代数 Riccati 方程求解以及 H-infinity 控制增益的确定。其控制方案的示意图展示了整个控制过程的架构。

在控制过程中，Q 是一个半正定对称矩阵。控制回路的全局稳定性可以通过特定程序来证明。

为了测试所提出的非线性最优（H-infinity）控制方法的跟踪性能，进行了模拟实验。机器人模型的参数设定如下：
|参数|数值|
| ---- | ---- |
|l|0.5 m|
|d1|0.5 m|
|g|10 m/sec²|
|m1|63 kgr|
|m2|27 kgr|
|h1|0.18 m|
|h20|0.42 m|

模拟实验结果通过一系列图表呈现，其中电力线巡检机器人的状态变量用蓝色表示，H-infinity 卡尔曼滤波器提供的估计状态变量用绿色表示，相关设定点用红色表示。角度 θ1 和 θ2 的测量单位为弧度，角速度 ˙θ1 和 ˙θ2 的测量单位为弧度/秒，控制输入 u 是一个以 Ntm 为单位的扭矩。

从实验结果可以看出，机器人机构所有状态变量的跟踪误差都被消除，控制回路的瞬态性能良好，状态变量没有突然变化，控制输入也没有出现过大的值。控制回路的瞬态性能取决于代数 Riccati 方程中参数 r、ρ 和 Q 的取值，其中能使 Riccati 方程获得有效解的最小 ρ 值能为控制回路提供最大的鲁棒性。

mermaid 流程图如下：