基于重力补偿的 PD 控制

PD 控制是常规的控制方法,设计简单,用李雅普诺夫方法证明简单,不需要系统的模型,是无模型控制中的基本方法。

[q~Tq˙T] 为系统的状态向量,
其中: q~=qdq

表示期望位姿和实际位姿之间的误差。选择一下正定二次型作为李雅普诺夫函数:

V(q˙,q~)=12q˙TB(q)q˙+12q~TKpq~>0,q˙,q~0

其中, Kp nn 的正定矩阵。(第一项表示系统的动能,第二项表示系统的势能)

对时间求导:

V˙=q¨TB(q)q¨+12q˙TB˙(q)q˙q˙tKpq~

根据动力学公式:

B(q)q¨+C(q,q˙)q˙+Fq˙+g(q)=τ

得:

V˙=q˙T(B˙(q)2C(q,q˙)q˙)q˙q˙TFq˙q˙t(τg(q)Kpq~)=q˙TFq˙q˙t(τg(q)Kpq~)

第一项负定, τ=g(q)+Kpq~Kdq˙ 时,

V˙=q˙T(F+Kd)q˙

只要 F+Kd 正定,即可得:

V˙<0,q0

根据李雅普诺夫方法,可得系统是稳定的。

基于重力补偿的 PD 控制的控制框图如下:

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