20、机器人系统中能量罐的应用及草莓花处理机器人系统

机器人系统中能量罐的应用及草莓花处理机器人系统

能量罐在机器人系统中的应用

能量罐能量形式的选择

能量罐能量 $T(x_t)$ 的形式对罐内能量随时间的演化并无影响。具体而言，特定的 $T(x_t)$ 选择相当于为能量变量 $x_t$ 选择了特定的坐标，不会影响任何客观的能量行为。例如，使用 $T(x_t) = e^{x_t}$ 意味着在 $x_t = -\infty$ 时“观察”到零能量，而使用 $T(x_t) = \frac{x_t^2}{2}$ 则意味着在 $x_t = 0$ 时“观察”到零能量。声称特定的 $T(x_t)$ 选择能避免奇异性只是基于坐标的错觉，在指数形式中，奇异性只是被“推”到了 $-\infty$。除非在数字实现中某一特定版本的 $T(x_t)$ 有数值优势，否则二次选择不会导致理论一般性的损失，并且为保持无源性，必须进行条件检查。

能量罐的扩展与应用

基础能量罐可看作一个简单的积分器，通过功率端口 $(u_t, y_t)$ 与设备相连，用户只需指定初始能量预算 $T(x_t(0))$。目前，能量罐有多种扩展形式：
1. 利用耗散能量 ：以可控方式利用受控系统的部分耗散能量（如公式 (7) 中的 $E_d$）来补充能量罐。
2. 设置能量上限 ：为避免存储过高的虚拟能量，在能量罐中设置上限。当能量达到用户指定的最大值时，虚拟溢流阀会开始耗散流入罐中的功率。
3. 使用虚拟阀实现高级控制目标 ：不仅考虑能量罐的能量水平，还观察提取的功率，并在必要时进行限制，以防止不安全的交互场景。例如，