Heavy-Duty Hydraulic Manipulator 的全动力学实时非线性模型预测控制

重型液压操作机械手（HHM）在大型、高功率和复杂非线性动力学的制约下，受到严格的物理和安全关键约束。确保关节级别和末端执行器轨迹遵守执行器能力，如力、速度和位置限制，对于安全可靠运行至关重要，但在实时控制框架中仍 largely 未被探索。本文提出了一种非线性模型预测控制（NMPC）框架，旨在保证 HHM 全非线性动力学下的约束满足，同时以 1 kHz 的实时控制频率运行。该方法结合了多摄 shooting 策略和实时传感反馈，并基于基于虚拟分解控制（VDC）的鲁棒低层控制器实现精确的关节跟踪。对全尺寸液压操作机械手的实验验证表明，NMPC 框架不仅在关节层面强制执行执行器约束，还确保了在笛卡尔空间中对末端执行器的约束合规运动。这些结果表明该方法能够在严格遵守安全关键限制的同时，实现高精度轨迹跟踪，为大型液压系统的实时控制树立了新的基准。