气动肌肉关节滑模变结构控制研究

"高速开关阀驱动的气动肌肉关节的滑模变结构跟踪控制 (2007年) - 中国机械工程第18卷第5期" 本文详细探讨了使用PWM高速开关阀控制的气动人工肌肉关节的轨迹跟踪控制策略。在气动肌肉关节系统中，研究人员建立了一个4阶SISO（单输入单输出）动态数学模型，以描述其工作原理和行为。为了实现精确的轨迹跟踪，他们采用了输入输出线性化方法，将4阶系统转化为相对阶数为3的等价系统。这个等价系统的重要特点是其零动态渐近稳定，意味着系统在特定条件下能保持稳定，即使面对动态变化也能保证性能。 由于实际系统中存在参数不确定性及未建模动态特性，论文提出采用带积分的滑模变结构控制。滑模控制是一种鲁棒控制策略，它通过切换控制器参数来抵消不确定性的影响，以确保系统的稳定性。在这个特定应用中，滑模控制能够补偿模型误差，从而在关节的全运动范围内实现高精度的轨迹跟踪。 实验结果证明了这种基于等效降阶模型的鲁棒控制策略的有效性。即使在模型存在误差的情况下，系统仍能在关节的整个工作范围内保持高精度的轨迹跟踪。此外，该控制策略对气源压力变化和负载扰动等外部干扰具有良好的鲁棒性，显示出了其在实际应用中的强大适应能力。 关键词涉及的主要技术包括气动技术、气动肌肉、滑模变结构控制以及脉宽调制。这些技术的结合使得气动肌肉关节能够在复杂环境中实现精确而稳定的运动控制，为机器人和自动化领域的动态执行器设计提供了新的思路。 中图分类号TH138表明该研究属于机械工程的范畴，具体是流体传动与控制领域。文章编号1004--132X(2007)05--0540--05则为文章的唯一标识，方便后续引用和检索。 这篇2007年的研究论文为气动肌肉关节的控制提供了一种创新方法，利用滑模变结构控制克服了模型不确定性及外部干扰，提升了系统的轨迹跟踪精度和鲁棒性，对于相关领域的工程实践和技术发展具有重要意义。