Про побудову керування, що глобально стабілізує рух одноланкового маніпулятора із нелінійно пружним зчленуванням в околі залежної від часу траєкторії

Abstract

Отримано закон обертання електродвигуна, який забезпечує глобальну стабілізацію руху моделі одноланкового маніпулятора із пружним зчленуванням в околі заданої залежної від часу траєкторії. Пружність зчленування моделюється торсіонною пружиною, сила пружності якої вважається нелінійно залежною від зміщення. Цей факт унеможливлює застосування звичайного підходу (розрахованого на лінійність сили пружності) і значно ускладнює задачу побудови керування. Проте, застосовуючи техніку DSC (Dynamic Surface Control), отримано бажане керування. Специфічний вибір параметрів керування і констант фільтрів дозволяє уникнути зростання порядку допоміжної системи, а також явища значного ускладнення вигляду як допоміжної системи диференціальних рівнянь, так і закону керування, тобто явища “explosion of complexity”. Зниження порядку системи диференціальних рівнянь та спрощення її вигляду дозволили в даному випадку отримати в явному вигляді відповідну функцію Ляпунова та з її допомогою довести, що запропоноване керування вирішує поставлену задачу керування.

This study presents a control law for the electric motor’s rotation, globally stabilizing the motion of a single-link manipulator model with a nonlinear elastic joint near a specified time-dependent trajectory. The joint’s elasticity is modeled by a torsion spring, with the elastic force assumed to be nonlinearly dependent on the displacement. This nonlinearity complicates the control construction task, precluding the use of conventional approaches assuming linear elastic force. However, employing the Dynamic Surface Control (DSC) technique yields the desired control law. A specific selection of control parameters and filter constants prevents an increase in the order of the auxiliary system and avoids the “explosion of complexity” phenomenon. The reduction of the system’s order and simplification enable the derivation of an auxiliary Lyapunov function, demonstrating that the proposed control law effectively addresses the control problem.