[发明专利]一种具有预设性能的工业机器人PID控制方法

说明书

本发明公开了一种具有预设性能的工业机器人PID控制方法，包括在传统的位置式PID控制方法的基础上，将位置跟踪误差e(k)转换为具有上界的变换误差ε(k)，使得位置跟踪误差满足条件具有预设性能的工业机器人PID控制方法弱化了传统PID控制方法中比例K_p、微分K_d和积分K_i参数对末端执行器稳态跟踪误差的影响，增强对工业机器人控制系统稳态位置跟踪误差需求的约束。采用此发明提出了一种具有预先设定的稳态位置跟踪误差的强鲁棒控制方法，在一定范围内解决了工业机器人控制系统中不断变化的动态性能和外部环境对控制性能造成的影响。

技术领域

本发明涉及工业机器人控制领域，具体涉及一种具有预设性能的工业机器人PID控制方法。

背景技术

现有技术中的工业机器人系统在高速转动的状态下的转速一般都在3000RPM左右。在如此高速重复的工作状态下，机器人的各个关节会产生较大的离心力，并且离心力会随着转速的增加而增大。较大的离心力会极大地增加工业机器人控制系统的稳态跟踪误差，并且稳态误差会随着工业机器人老化、机械磨损、外部绕动等因素的干扰而逐渐增大，这使得传统PID方法通过固定的比例、微分和积分参数难以适应复杂的工况。同时，伴随着工业机器人系统的长时间运转和外部不断变化的环境，传统PID方法也不能保证工业机器人系统的稳态误差始终保持在初始设计要求以内。

PID即：Proportional(比例)、Integral(积分)、Differential(微分)的缩写。顾名思义，PID控制算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，它是连续系统中技术最为成熟、应用最为广泛的一种控制算法，该控制算法适用于对被控对象模型了解不清楚的场合。在实际应用中，工业机器人系统的特征参数总是伴随着自身特性的衰退、工作环境的变化而在一定的范围内变化。目前的PID控制方法，在工业机器人系统自身变化和外部环境变化时存在响应速度慢、参数不敏感、鲁棒性低、稳态跟踪误差增大等问题。

面对这种时变系统，在工业机器人控制系统的应用中，往往通过大量的实验，探索不同模态下的控制参数以满足工业机器人本身特性和外部环境变化时的需要，并总结出参数变化的规律，建立参数选择表。然而，这种以应用为主的手段并不能穷尽所有可能出现的情况，且其开发周期长、控制器复杂度高、开发成本高、控制系统鲁棒性偏低。

工业机器人控制系统一般都采用位置式PID算法，其优点是计算精度高，但也有缺点：每个采样点都需要对跟踪误差e(k)进行累加，由于积分项(PI)直接作用于控制器，极易造成控制器积分饱和的现象，会造成控制系统的不稳定；随着工业机器人动态性能和外部环境的变化，其PID控制系统并不能始终保证末端执行器的稳态跟踪误差在初始设计范围以内。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种具有预设性能的工业机器人PID控制方法，提出了一种具有预先设定的稳态位置跟踪误差的强鲁棒控制方法，在一定范围内解决了工业机器人控制系统中不断变化的动态性能和外部环境对控制性能造成的影响。

为解决上述问题，本发明提供一种具有预设性能的工业机器人PID控制方法，为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有预设性能的工业机器人PID控制方法，其特征在于，将位置跟踪误差e(k)转换为具有上界的变换误差ε(k)，位置跟踪误差满足条件控制原理如下：

u(k)＝-K_p*ε(k)-K_i*∑ε(k)-K_d*(ε(k)-ε(k-1))/T (2)

式中：

ε(k)＝ψ(θ(k)) (3)