多自由度液压机械臂是一个多输入多输出、强非线性、强耦合的机电液复杂非线性系统,对液压机械臂精确控制是极富挑战的任务。提出一种基于虚拟分解的误差符号积分鲁棒控制方法用于液压机械手系统的高精度跟踪控制。考虑三关节之间的动力学耦合、液压作动器动态和摩擦效应,首先基于虚拟分解建立液压机械手的运动学和动力学数学模型,基于虚拟功率流保证子系统和整个系统的L2和L∞稳定性,设计虚拟控制方法。然后进一步将关节之间的耦合作用融入到鲁棒控制器设计之中,发展出基于虚拟分解的误差符号积分鲁棒控制方法,进一步增强了关节位置跟踪能力。基于Lyapunov理论证明该控制方法可实现位置跟踪误差的渐近收敛。对比仿真结果表明,提出的基于虚拟分解的鲁棒积分控制器具有优异的渐近跟踪性能。

针对串并混联液压臂中因结构耦合和系统非线性导致其末端位置控制精度差的问题,基于虚拟分解建模方法和液压系统控制理论,提出了一种混联液压臂的高精度运动控制方法。该方法通过对系统进行精确建模,消除了传统液压臂控制方法由于忽略结构耦合和系统非线性而引入的误差,从而提高了运动控制精度。首先,将混联液压臂复杂的串并联驱动结构分为摆动缸驱动的开链结构、活塞缸驱动的闭链结构和活塞缸驱动的并联结构3类,并根据3类结构的特征将机械臂进一步虚拟分割成简单的子系统;然后,根据刚体动力学方程和流量连续方程分别建立了各子系统的动力学模型和液压执行器驱动模型,通过引入基于模型的前馈控制量和实时位置误差的反馈控制量设计了面向混联液压机械臂的高精度运动控制器。在七自由度混联液压机械臂试验平台上对该方法的有效性

针对多自由度液压机械臂的强非线性及各关节状态强耦合导致控制器设计困难的问题,提出了基于虚拟分解法的液压机械臂各关节运动学和动力学建模方法,降低了各关节状态之间的耦合。根据液压系统特性建立液压模型和摩擦模型,并整合得到各关节解耦的机电液动力学模型。由于各关节动力学模型中的控制的解耦特征,很大程度上降低了控制器设计的难度。然后,根据所建各关节动力学模型,分别独立设计了PID控制器并进行了末端轨迹跟踪控制实验,结果表明末端能有效跟踪目标位置,验证了所提方法的有效性。