机械臂轨迹的分层循环MPC跟踪控制策略

为了实现机械臂对给定轨迹的高精度实时跟踪,设计了分层循环MPC控制器。建立了6自由度机械臂的动力学模型和状态空间模型。从分钟级控制器和秒级控制器2个层次设计了控制器,分钟级控制器使用MPC控制实现,用于改善对给定轨迹的跟踪精度;秒级控制器使用PID控制实现,用于改善控制的实时性。将秒级控制器的控制结果反馈给分钟级控制器,分钟级控制器对控制律进行实时优化,实现了分层循环控制。经仿真验证,PID控制下机械臂末端轨迹的SSE为1 840.9,分层循环MPC控制下机械臂末端轨迹SSE为1 221.3,比PID控制结果减少了33.66%,表明分层循环MPC控制具有更高跟踪精度。使用机械臂实验对控制器的动态性能进行验证,PID控制的调节时间为0.34 s,分层循环MPC控制的调节时间为0.08 s,比单纯PID控制减少了4倍以上。以上数据说明了分层循环MPC控制器具有更优的控制效果。